Исследование структурных и механических аспектов локализации пластической деформации и разрушения при динамическом нагружении

Авторы

  • М.А. Соковиков Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • В.А. Оборин Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • В.В. Чудинов Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/2658-705X/2021.2.3

Ключевые слова:

локализация пластического сдвига, динамическое нагружение, численное моделирование, эволюция дефектной структуры

Аннотация

Разработана методика и проведены экспериментальные исследования локализации пластической деформации при динамическом кручении образцов из сплавов АМг6, Д16, Сталь 3 на разрезном стержне Гопкинсона-Кольского с применением инфракрасной камеры. Значения температур, определенные in-situ в процессе динамического кручения образцов из сплавов АМг6, Д16, Сталь 3 не превышают 500С, что свидетельствует о несущественной роли температурного разупрочнения. Разработана методика и проведены определения полей деформаций в зоне локализации пластического сдвига на образцах, специально разработанных для изучения локализации пластической деформации из сплавов АМг6, Д16, Сталь 3 при статическом деформировании и динамическом нагружении на стержне Гопкинсона-Кольского с применением системы StrainMaster. Сравнение экспериментально полученных полей деформаций с результатами проведенного численного моделирования дает удовлетворительное соответствие с точностью ~20%. Сохраненные после экспериментов образцы, специально разработанные для изучения локализации пластической деформации, подвергались микроструктурному анализу с помощью оптического интерферометра-профилометра NewView-5010 с последующей обработкой 3D-данных деформационного рельефа и вычислением масштабного инварианта (показателя Хёрста), а также пространственного масштаба области, на которой наблюдается коррелированное поведение микросдвигов. Сравнительный анализ масштабно-инвариантых характеристик статически и динамически нагруженных образцов из сплава Д16 позволил установить значительное увеличение показателя Херста H~0,74 в широком диапазоне пространственных масштабов 0,6-110,8 мкм в отличие от недеформированных образцов (H~0,42 в диапазоне пространственных масштабов 1,9-29,2 мкм). Более содержательные результаты могут быть связаны с изменением как нижнего масштаба, так и верхнего масштаба, что отражает более выраженные черты локализации деформации. Структура специально разработанных для изучения локализации пластической деформации образцов из сплава АМг6 после динамических испытаний на стержне Гопкинсона-Кольского исследовалась на сканирующем электронном микроскопе. Полученные данные свидетельствует о существенных эволюционных процессах в дефектных подсистемах в процессе динамической деформации.

Поддерживающие организации
Теоретические исследования осуществлялись в рамках госзадания ПФИЦ УрО РАН (тема № АААА-А19-119013090021-5). Экспериментальные исследования и численное моделирование осуществлялись при финансовой поддержке гранта РФФИ № 17 -41-590149 р_а «Исследование структурных и механических аспектов локализации пластической деформации и разрушения при динамическом нагружении».

Биографии авторов

  • М.А. Соковиков, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физических основ прочности,«ИМСС УрО РАН»
  • В.А. Оборин, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    ведущий инженер лаборатории физических основ прочности, «ИМСС УрО РАН»
  • В.В. Чудинов, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    инженер лаборатории физических основ прочности, «ИМСС УрО РАН»

Библиографические ссылки

  1. Наймарк О.Б., Соковиков М.А., Плехов О.А., Уваров С.В., Чудинов В.В., Билалов Д.А., Оборин В.А. - Патент РФ № 2584344 от 21.04.2016 г
  2. Соковиков М.А, Билалов Д.А., Чудинов В.В., Уваров С.В., Плехов О.А., Терехина А.И., Наймарк О.Б. Неравновесные переходы в ансамблях дефектов при динамической локализации пластической деформации // Письма в Журнал технической физики. - 2014. - Т. 40, Вып. 23. - С. 82-88
  3. Sokovikov M.A., Bilalov D.A., Oborin V.A., Chudinov V.V., Uvarov S.V., Bayandin Yu.V., Naimark O.B. Structural mechanisms of formation of adiabatic shear bands // Fracture and structural integrity. - 2016. - №. 38. - P. 296-304
  4. Билалов Д.А., Соковиков М.А., Чудинов В.В., Оборин В.А., Баяндин Ю.В., Терёхина А.И., Наймарк О.Б. Исследование локализации пластического сдвига в алюминиевых сплавах при динамическом нагружении // Вычислительная механика сплошных сред. - 2015. - Т. 8, № 3. - С. 319-328
  5. Билалов Д.А., Соковиков М.А., Чудинов В.В., Оборин В.А., Баяндин Ю.В., Терёхина А.И., Наймарк О.Б. Численное моделирование и экспериментальное исследование локализации пластической деформации при динамическом нагружении образцов в условиях, близких к чистому сдвигу // Вычислительная механика сплошных сред. - 2017. - Т. 10. - № 1. - С. 103-112
  6. Билалов Д.А., Соковиков М.А., Чудинов В.В. Многомасштабные механизмы локализациипластической деформации при пробивании преград // Деформация и разрушение материалов. - 2017. - № 5. - С. 43-47
  7. Соковиков М.А. Исследование локализации пластической деформации и разрушения при динамическом нагружении методом инфракрасной термографии // Вестник Пермского университета.Физика. - 2018. - Вып. 2(40). - С. 52-57
  8. Соковиков М.А. Исследование локализованного пластического сдвига при динамическом нагружении с применением стержня Гопкинсона-Кольского // Вестник Пермского университета. Физика. - 2019. - № 2. - С. 41-45
  9. Соковиков М.А, Чудинов В.В., Оборин В.А., Уваров С.В., Наймарк О.Б. Изучение механизма разрушения сплавов локализованным сдвигом при динамическом нагружении // Вычислительная механика сплошных сред. - 2019. - Т. 12. - № 3. - С. 301-312
  10. Билалов Д.А., Соковиков М.А., Баяндин Ю.В., Чудинов В.В., Оборин В.А., Наймарк О.Б. Описание эффекта падения прочности сплава АМг6 с ростом температуры при динамическом нагружении // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2019. - № 5. - С. 5-14
  11. Sokovikov M., Uvarov S., Simonov M., Oborin V., Chudinov V., Naimark O. The study of mechanical and microstructural aspects of localized shear fracture in metals under dynamic loading // Science Direct Procedia Structural Integrity. - 2019. - Vol. 18. - P. 262-267
  12. Sokovikov M., Simonov M., Chudinov V., Oborin V., Uvarov S., Naimark O. Investigation of Mechanical and Microstructural Aspects of Plastic Shear Localization at Different Types of Dynamic Loading // AIP Conference Proceedings. - 2019. - P. 020346-1-020346-4
  13. Соковиков М.А., Симонов М.Ю., Билалов Д.А., Ю.Н. Симонов Ю.Н., Наймарк О.Б. Локализация пластической деформации всплаве АМг6 при динамическом нагружении // Физическая мезомеханика. - 2020. - Т. 23, № 2. - С. 45-57

Загрузки

Опубликован

2021-07-01

Выпуск

№ 2 (2021)

Раздел

Исследования: теория и эксперимент

Как цитировать

Соковиков, М., Оборин, В., & Чудинов, В. (2021). Исследование структурных и механических аспектов локализации пластической деформации и разрушения при динамическом нагружении. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 2, 27-33. https://doi.org/10.7242/2658-705X/2021.2.3