Математическое моделирование интенсивных неупругих деформаций субмикрокристаллических и нанокристаллических материалов
DOI:
Ключевые слова:
наноматериалы, функциональные материалы, физические теории пластичности, межзеренное проскальзывание, закон Холла-Петча, упрочнение, фрагментацияАннотация
Рассмотрены вопросы, связанные с описанием процессов неупругих деформаций поликристаллических материалов, для которых существенным является влияние размера зерна на процессы эволюции внутренней структуры и сопутствующего изменения физико-механических свойств. В качестве базовой принята двухуровневая математическая модель упруговязкопластического деформирования поликристалла, дополненная описанием процессов упрочнения, в том числе за счет границ зерен, и разворотов (ротаций) кристаллических решеток. Для учета механизмов упрочнения предложено дополнительное слагаемое в законе упрочнения, описывающее увеличение критических сдвиговых напряжений дислокаций за счет взаимодействия последних с дислокациями ориентационного несоответствия, а также в явном виде учитывающее взаимную разориентацию решеток соседних зерен. Для описания механизмов ротаций, фрагментации и дробления зерен предложена подмодель с введением промежуточного структурного уровня, в которой основной причиной разворотов считается несовместность неупругих деформаций в соседних зернах, а анализ фрагментно-зеренной структуры осуществляется путем определения типа границы. Проведены численные эксперименты по деформированию представительного объема поликристалла, результаты которых согласуются с законом Холла-Петча; кроме того, получены новые результаты, позволяющие оценить характер и динамику процессов разворотов кристаллических решеток, приводящих к фрагментации и дроблению зерен.
Библиографические ссылки
- Трусов П.В., Швейкин А.И., Нечаева Е.С., Волегов П.С. Многоуровневые модели неупругого деформирования материалов и их применение для описания эволюции внутренней структуры // Физическая мезомеханика. - 2012. - Т. 15, № 1. - С. 33-56.
- Волегов П.С., Грибов Д.С., Трусов П.В. Поврежденность и разрушение: обзор экспериментальных работ // Физическая мезомеханика. - 2015. - Т. 18, № 3. - С. 11-24.
- Волегов П.С., Грибов Д.С., Трусов П.В. Поврежденность и разрушение: классические континуальные теории // Физическая мезомеханика. - 2015. - Т. 18, № 4. - С. 68-87.
- Волегов П.С., Грибов Д.С., Трусов П.В. Поврежденность и разрушение: модели, основанные на физических теориях пластичности // Физическая мезомеханика. - 2015. - Т. 18, № 6. - С. 12-23.
- Валиев Р.З., Александров И.В. Объемные наноструктурные металлические материалы. - М.: Академкнига, 2007. - 397 с.
- Орлов А.Н., Перезвенцев В.Н., Рыбин В.В. Границы зерен в металлах. - М.: Металлургия, 1980. - 154 с.
- Лобанов М.Л., Юровских А.С., Кардонина Н.И., Русаков Г.М. Методы исследования текстур в материалах: учеб.-метод. пособие. - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. - 115 с.
- Козлов Э.В., Жданов А.Н., Конева Н.А. Механизмы деформации и механические свойства наноматериалов // Физическая мезомеханика. -2007. - Т. 10, № 3. - С. 95-103.
- Hall E.O. The deformation and ageing of mild steel: III Discussion of results // Proc. Phys. Soc. B. - 1951. - Vol. 64. - P. 747-753.
- Малыгин Г.А. Нарушение закона Холла-Петча в микро- и нанокристаллических материалах // Физика твердого тела. - 1995. - Т. 37, № 8. - С. 2281-2292.
- Trusov P.V., Ashikhmin V.N., Volegov P.S., Shveykin A.I. Constitutive relations and their application to the description of microstructure evolution // Physical Mesomechanics. - 2010. - Vol. 13, Is.1-2. - P. 38-46.
- Trusov P.V., Volegov P.S., Shveykin A.I. Multilevel model of inelastic deformation of FCC polycrystalline with description of structure evolution // Computational Materials Science. - 2013. - Vol. 79. - P. 429-441.
- Трусов П.В., Швейкин А.И. Многоуровневые физические модели моно и поликристаллов. Статистические модели // Физическая мезомеханика. - 2011. - Т. 14, № 4. - С. 17-28.
- Озерных В.С., Волегов П.С. Описание механизмов упрочнения при неупругом деформировании поликристаллов // Вест. Тамбовского ун-та. Сер.: Естественные и технические науки. - 2016. - Т. 21, № 3. - С. 1203-1206.
- Кондратьев Н.С., Трусов П.В. О мере разориентации систем скольжения соседних кристаллитов в поликристаллическом агрегате // Вест. ПНИПУ. Механика. - 2012. - № 2. - С. 112-127.
- Тельканов М.А., Волегов П.С. Описание ротаций кристаллических решеток и фрагментации зерен при интенсивных неупругих деформациях поликристаллов // Вест. Тамбовского ун-та. - 2016. - Т. 21, № 3. - С. 1338-1341.
- Швейкин А.И., Ашихмин В.Н., Трусов П.В. О моделях ротации решетки при деформировании металлов // Вест. ПНИПУ. Механика. - 2010. - № 1. - С. 111-127.
- Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. - М.: Металлургия. - 1986. - 224 с.
