Многоуровневая модель для описания твердотельных фазовых превращений в многокомпонентных сплавах

Авторы

  • П.В. Трусов Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • П.С. Волегов Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • И.Л. Исупова АО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов»
  • Н.С. Кондратьев Пермский национальный исследовательский политехнический университет; Научно-исследовательский институт механики Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского
  • Е.С. Макаревич Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Н.Д. Няшина Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Т.В. Останина Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Э.Р. Шарифуллина Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • А.И. Швейкин Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • А.Ю. Янц Пермский национальный исследовательский политехнический университет

DOI:

Ключевые слова:

математическая модель, физические теории пластичности, многоуровневая модель, термомеханическая обработка, твердотельные фазовые переходы

Аннотация

Предложена трехуровневая модель неупругого деформирования стали с учетом фазовых превращений при термомеханических воздействиях. В рассмотрение включены три масштабных уровня: макроуровень I (уровень конструкции), макроуровень II (уровень представительного макрообъема), мезоуровень (уровень кристаллита - отдельного зерна или субзерна). Уровни связаны между собой посредством внутренних переменных, которые описывают деформирование и фазовые превращения на более глубоком уровне. Разработан и реализован вычислительный алгоритм в рамках статистического подхода для представительного объема мезо- и макроуровня II на основе сформулированной математической постановки. Разработан блок идентификации параметров закона упрочнения и проверки адекватности вычислительных результатов. Проведены вычислительные эксперименты для представительного объема макроуровня II при деформировании одноосным растяжением, простым сдвигом и сложным нагружением. Для указанных типов нагружения получены зависимость доли образующегося мартенсита от интенсивности деформации и деформационные кривые. Полученные расчетные зависимости находятся в хорошем количественном соответствии с известными из литературы экспериментальными данными. Предложенная модель применена для описания поведения титанового сплава при высокотемпературном пластическом деформировании, которое сопровождается процессами динамического возврата и рекристаллизации. Рассмотрены процессы механической обработки металлов - осадка, стесненная осадка, простой сдвиг. Показано, что результаты моделирования, в том числе характеристики эволюционирующей структуры, удовлетворительно согласуются с опытными данными.

Поддерживающие организации
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Пермского края (грант № 13-01-96006 р_Урал_а)

Биографии авторов

  • П.В. Трусов, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
    доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой математического моделирования систем и процессов, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ)
  • П.С. Волегов, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
    кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математического моделирования систем и процессов, ПНИПУ
  • И.Л. Исупова, АО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов»
    кандидат физико-математических наук, инженер I категории, АО «Научно-исследовательский институт полимерных материалов»
  • Н.С. Кондратьев, Пермский национальный исследовательский политехнический университет; Научно-исследовательский институт механики Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского
    младший научный сотрудник, Научно-исследовательский институт механики Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского; старший научный сотрудник, ПНИПУ
  • Е.С. Макаревич, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
    кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математического моделирования систем и процессов, ПНИПУ
  • Н.Д. Няшина, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
    кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математического моделирования систем и процессов, ПНИПУ
  • Т.В. Останина, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
    кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математического моделирования систем и процессов, ПНИПУ
  • Э.Р. Шарифуллина, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
    аспирант кафедры математического моделирования систем и процессов, ПНИПУ
  • А.И. Швейкин, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
    кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры математического моделирования систем и процессов, ПНИПУ
  • А.Ю. Янц, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
    кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математического моделирования систем и процессов, ПНИПУ

Библиографические ссылки

  1. Trusov P.V., Shveykin A.I. Multilevel crystal plasticity models of single- and polycrystals. Statistical models // Physical Mesomechanics. - 2013. - Vol. 16. - № 1. - P. 23-33. DOI
  2. Исупова И.Л., Трусов П.В. Математическое моделирование фазовых превращений в сталях при термомеханической нагрузке // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2013. - № 3.- С. 126-156.
  3. Исупова И.Л., Трусов П.В. Обзор математических моделей для описания фазовых превращений в сталях // Там же. - С. 157-192.
  4. Мацюк К.В., Трусов П.В. Модель для описания упруговязкопластического деформирования ГПУ-кристаллов: несимметричные меры напряженно-деформированного состояния, законы упрочнения // Вестник Пермского национального исследовательского политехенического университета. - 2013. - № 4. - С. 75-105.
  5. Trusov P.V., Volegov P.S., Yants A.Yu. Two-scale models of polycrystals: macroscale motion decomposition // Physical Mesomechanics.- 2014. - Vol. 17. - № 2. - P. 116-122.
  6. Yanz A.Yu., Trusov P.V., Teplyakova L.A. Quasi-static loading single crystal specimen of crystal plasticity // Advanced Materials Research. - 2014. - Vol. 1040. - P. 571-575.
  7. Trusov P.V., Kondratev N.S. Crystal plasticity modeling of duplex steels at high temperatures // Advanced Materials Research. - 2014. - Vol. 1040. - P. 455-460.
  8. Volegov P.S., Trusov P.V., Shveykin A.I. Multilevel models of polycrystals using crystal plasticity: investigation of hardening laws influence on the macro effects of cyclic loading // J. of Physics: Conference Series. - 2014. - Vol. 490. - 012037. DOI
  9. Трусов П.В. О несимметричных мерах напряженного и деформированного состояния и законе Гука // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2014. - № 2. - С. 220-237.
  10. Трусов П.В., Чечулина Е.А. Прерывистая текучесть: физические механизмы, экспериментальные данные, макрофеноменологические модели // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2014. - № 3. - С. 186-232. DOI
  11. Няшина Н.Д., Трусов П.В. Моделирование мартенситных превращений в сталях: кинематика мезоуровня // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2014. - № 4. - С. 118-151. DOI
  12. Volegov P., Trusov P., Gribov D. Investigation of the features of polycrystals complex loading using a two- level crystal plasticity theory // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2015. - Vol. 71. - 012071. DOI
  13. Кондратьев Н.С., Трусов П.В. Многоуровневые модели пластичности многофазных поликристаллических материалов, основанные на физических теориях пластичности и вязкопластичности // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2015. - № 1. - С. 76-105. DOI
  14. Трусов П.В., Волегов П.С., Янц А.Ю. Двухуровневые модели поликристаллов: о разложении движения на макроуровне // Физическая мезомеханика. -2013. - Т. 16. - № 5. - С. 17-23.
  15. Исупова И.Л., Трусов П.В. Двухуровневая модель для описания поведения сталей при термомеханическом нагружении с учетом мартенситных превращений: алгоритм реализации модели // Вычислительная механика сплошных сред. - 2013. - Т. 8. - № 4. - С. 491-503.
  16. Трусов П.В., Волегов П.С., Янц А.Ю. Двухуровневые модели поликристаллов: о независимости образа нагружения представительного макрообъема // Физическая мезомеханика.- 2013. - Т. 16. - № 6. - С. 33-41.
  17. Трусов П.В., Волегов П.С., Янц А.Ю. Двухуровневые модели поликристаллов: приложение к анализу сложного нагружения // Физическая мезомеханика.- 2013. - Т. 16. - № 6. - С. 43-50.
  18. Трусов П.В., Кондратьев Н.С. Двухуровневая модель для описания неизотермического деформирования двухфазных поликристаллов // Вычислительная механика сплошных сред. - 2014. - Т. 7. - № 2. - С. 181-199.
  19. Исупова И.Л., Трусов П.В. Моделирование поведения сталей с учетом диффузионных фазовых превращений // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. - 2014. - № 1(190). - С. 191-197.
  20. Трусов П.В., Исупова И.Л. Построение двухуровневой модели для описания поведения сталей при термомеханическом нагружении в интервале мартенситных превращений // Физическая мезомеханика. - 2014. - Т. 17. - № 2. - С. 5-17.
  21. Трусов П.В., Волегов П.С., Янц А.Ю. Двухуровневые модели поликристаллов: приложение к оценке справедливости постулата изотропии Ильюшина в случае больших градиентов перемещений // Физическая мезомеханика. - 2015. - Т. 18. - № 1. - С. 23-37.
  22. Трусов П.В., Янц А.Ю. О физическом смысле неголономной меры деформации // Физическая мезомеханика. - 2015. - Т. 18. - № 2. - С. 13-21.
  23. Волегов П.С., Грибов Д.С., Трусов П.В. Поврежденность и разрушение: обзор экспериментальных работ // Физическая мезомеханика. - 2015 - Т. 18. - № 3. - С. 11-24.
  24. Волегов П.С., Грибов Д.С., Трусов П.В. Поврежденность и разрушение: Классические континуальные теории // Физическая мезомеханика. - 2015. - Т. 18. - № 4. - С. 68-87.
  25. Няшина Н.Д. Математическая модель деформирования стали при мартенситных переходах // Прикладная математика и вопросы управления. - 2015. - № 1. - С. 36-46.

Загрузки

Опубликован

2016-12-29

Выпуск

№ 4 (2016)

Раздел

Исследования: теория и эксперимент

Как цитировать

Трусов, П., Волегов, П., Исупова, И., Кондратьев, Н., Макаревич, Е., Няшина, Н., Останина, Т., Шарифуллина, Э., Швейкин, А., & Янц, А. (2016). Многоуровневая модель для описания твердотельных фазовых превращений в многокомпонентных сплавах. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 4, 82-90. https://journal.permsc.ru/index.php/pscj/article/view/PSCJ2016n4p14