Модели поведения материалов

Модели поведения материалов [c.63]

Рис. 19. Механические модели поведения материалов под нагрузкой.

Гораздо шире численные методы применяются в исследованиях высокоскоростного соударения твердых деформируемых тел. Это позволило применять сложные модели поведения материалов, рассматривать различные формы соударяющихся тел, моделировать распространение интенсивных ударных волн, учитывать разрушение в волнах разгрузки, ряд других эффектов и заметно продвинуться в исследовании удара, проникания и пробивания [63, 88, 115, 143, 174]. [c.208]

Модели вязкоупругого поведения материалов [c.290]

При напряжениях, абсолютная величина которых меньше некоторого постоянного значения рц (ро = р ), деформации принимаются равными нулю. Это диаграмма растяжения — сжатия образца из жестко-пластического материала. В обоих случаях после увеличения напряжения до ро возможно течение материала с неограниченно возрастаюш ей деформацией при постоянном напряжении. Такие модели могут удовлетворительно описывать поведение материалов, для которых на диаграмме Дп( 11) имеется площадка текучести. [c.415]

В настоящее время определяющих уравнений состояния, позволяющих описать реологическое поведение материалов с учетом режима нагружения, нет, поэтому для выполнения расчетов используются упрощенные модели материала [153, 225, 323], неотражающие всей сложности поведения материала в процессе-деформации и, следовательно, применимые для ограниченного диапазона условий нагружения. Успехи в построении уравнений состояния на основе физических механизмов пластической деформации, например на основе дислокационной модели пластического течения [74, 175, 309], имеют ограниченное значение. Зависимость сопротивления деформации от мгновенных условий нагружения (температура, скорость деформации и др.) и всей истории предшествующего нагружения, которая определяет изменение в процессе деформирования большого числа параметров, характеризующих микро- и макроструктуру материала, за исключением некоторых частных случаев, не позволяет в настоящее время дать количественную оценку инженерных характеристик сопротивления материала. [c.15]

Использование акустического приближения, основанного на упругой или гидродинамической модели поведения материала в плоской волне нагрузки, для расчета по экспериментальным данным силовых и временных параметров откольной прочности приводит к значительной погрешности, так как не учитывается действительное реологическое поведение материала под нагрузкой. Метод определения откольной прочности металлических конструкционных материалов, представленный в параграфе 2 седьмой главы, не учитывает влияния эффектов вязкости и зависимости сопротивления сдвигу от уровня средних напряжений при упруго-пластическом деформировании в волнах нагрузки. Рассмотрим эти эффекты. [c.228]

Для моделирования поведения материалов, учитывающего указанные особенности деформирования конструкций, могут быть использованы как деформационная теория пластичности или теория малых упругопластических деформаций А.А. Ильюшина, обобщенная на случай сложного неизотермического нагружения в работах [35, 36], так и разнообразные теории течения [36, 37] и др. Однако применение наиболее общих из них, позволяющих рассматривать сложные траектории силового и температурного нагружения, происходящие при этом изменения структурного состояния материалов, сопряжено со значительными трудностями экспериментального и вычислительного характера. Поэтому на практике широкое применение нашли соотношения деформационной теории пластичности, учитывающие, разумеется, условия разгрузки и последующего нагружения, и теории течения для достаточно простых и подробно исследованных моделей. При этом удается ограничиться минимальным объемом экспериментальных данных, необходимых для определения соответствующих параметров моделей. Примерами такого подхода применительно к статическим и квазистатическим задачам деформирования и прочности конструкций являются работы [33-36, 38, 40] и др. [c.100]

Рассмотренные модели вязко-упругих тел дают возможность рассмотреть лишь некоторые основные особенности поведения материалов при ползучести. Реальные процессы в вязко-упругих телах бывают значительно более сложными. Для их описания можно строить другие более сложные модели, включающие большое количество упругих и вязких элементов (см., например, рис. 22.30). [c.525]

Внутреннее трение связано с диссипативными процессами, происходящими во время колебаний в материале системы. Разнообразие свойств конструкционных материалов, в частности их диссипативных свойств, обусловило многообразие моделей учета диссипации энергии при динамических процессах. Условно эти модели можно разделить на два класса к первому относят нелинейные модели, описывающие гистерезисные явления при циклическом деформировании (использование этих моделей приводит к нелинейным уравнениям движения, поэтому эти модели в данной книге не рассматривают [82, 84]) ко второму — модели, связанные с вязкоупругим поведением материалов при деформировании. [c.140]

В этой книге не делается попыток детального исследования поведения материалов с позиций физики твердого тела, однако обращение к простой атомистической модели поведения металлов должно помочь уяснить различные механизмы их повреждения. Читателю, возможно, покажется удивительным, что природа явления металлического сцепления и теория его количественного описания еще, по существу, неизвестны. К настоящему времени предпринято много попыток определить металлическое сцепление, используя сведения о химическом строении материала и его свойствах или характеризуя отличия металлического сцепления от других видов межатомных связей. Тем не менее из-за сложности строения металлов простого выражения для точного определения сил сцепления пока указать нельзя. [c.25]

Распространение трещин при усталостном нагружении тоже можно качественно объяснить движением и взаимодействием дислокаций. Некоторые аспекты явления ползучести также объясняются движением и взаимодействием дислокаций. Однако еще очень многое предстоит сделать, прежде чем будут получены количественные соотношения между характеристиками взаимодействия дислокаций и макроскопического поведения материалов. Следует также отметить, что даже качественно пока еще не все особенности макроскопического поведения удовлетворительно объясняются с помощью дислокационной модели, хотя успехи в этом направлении достигаются практически ежедневно, открывая новые сведения подобного рода. [c.60]

Инженеры-механики обязательно должны интересоваться различными видами механических разрушений, возможность которых им приходится оценивать расчетным путем. Хотя результаты микроскопического исследования поведения материалов нельзя непосредственно использовать при расчетах каких-либо отдельных элементов конструкций, качественное понимание того, как на атомистическом уровне происходит процесс разрушения вследствие взаимодействия и движения дислокаций, несомненно, полезно. Механика разрушения позволяет получать количественные оценки возможности разрушения в результате быстрого распространения трещин. Другие модели разрушения и способы его предсказания рассмотрены в последующих главах. [c.82]

Предлагаемые расчетные модели ориентированы на ускоренные расчеты и предоставляют инженеру широкие возможности для разумного компромисса между трудоемкостью и точностью получаемых результатов, В ряде случаев можно вообще отказаться от расчетов кинетики и, основываясь на известных закономерностях поведения материалов и конструкций, непосредственно получить информацию о стационарном циклическом состоянии конструкции, достаточную для оценки ее долговечности. [c.10]

Рассмотренная модель изотропно упрочняющегося материала не описывает эффект Баушингера, поскольку согласно этой модели после пластического деформирования и разгрузки пределы текучести в прямом и обратном направлениях нагружения оказываются равными. В силу этого теория пластичности изотропно упрочняющегося материала оказывается непригодной для количественного описания многих процессов немонотонного деформирования. Но дело не только в этом. Многие особенности поведения материалов при сложном нагружении можно-рассматривать как проявление некоторого обобщенного эффекта Баушингера. Для учета этих особенностей необходимы соответствующие изменения уравнения поверхности нагружения [c.26]

Рассмотренные модели конструкционных материалов в сочетании с современными методами определения температурного и напряженно-деформированного состояний и оценки работоспособности и долговечности конструкций используются в книге при изложении способов решения прикладных задач термопрочности для характерных конструктивных элементов, подверженных переменным во времени тепловым и механическим воздействиям. Кратко охарактеризованные подходы к оптимизации теплонапряженных конструкций могут быть использованы при оптимальном проектировании таких конструкций и создании систем автоматизированного проектирования. Описанные в приложении алгоритм и ФОРТРАН-программа обеспечивают численную реализацию одной из наиболее полных моделей неупругого поведения конструкционного материала в неизотермических условиях, которая позволяет провести анализ кинетики напряженно-деформированного состояния и оценить работоспособность и долговечность теплонапряженных элементов конструкций при различных режимах тепловых и механических воздействий. [c.6]

Структурные модели материала менее сложны, чем физические. Путем подбора параметров можно добиться удовлетворительного по точности описания такими моделями поведения реальных конструкционных материалов при произвольных режимах нагружения. Это позволяет использовать структурные модели при проведении инженерных расчетов теплонапряженных конструкций и для анализа их работоспособности. [c.122]

Таким образом, в числе других проблем механики композиционных материалов актуальными являются развитие нелинейных моделей поведения композитов с учетом разрушения элементов структуры и разработка методов решения задач неупругого деформирования для различных случаев сложного напряженно-деформированного состояния. [c.20]

Как модель тела Фохта, так и модель тела Максвелла не дают удовлетворительного согласия с опытами над реальными телами. Однако некоторые качественные стороны поведения материалов отражаются этими моделями правильно. Поэтому, стремясь количественно правильно отразить поведение реальных материалов, идут по пути обобщения [c.227]

В публикациях [103, 124] проводится обсуждение применения различных вязкопластических моделей, в которых поведение материалов зависит от скорости деформирования, к описанию циклического нагружения элементов конструкций. [c.91]

Большую роль при формировании моделей поведения материалов играют экспериментально определяемые материальные параметры, входящие в указанные модели. Для определения каждого параметра должна использоваться своя совокупность экспериментов, называемая базовыми экспериментами . Экспериментальные данные для определения материальных параметров уравнений механики поврежденной среды получают из испытаний лабораторных образцов. Это обстоятельство накладьтает определенные требования на геометрию образцов, распределение полей напряжений, деформаций и температур в рабочей части образцов для обеспечения условий их деформирования, адекватных поведению материала в объеме конструкций. [c.384]

Для построения адекватных моделей поведения материалов на закри-тической стадии деформирования необходимо проведение экспериментов на испытательных машинах достаточной жесткости, реализующих в образцах разнообразные напряженные состояния среды. Осуществление такого рода опытов связано с техническими трудностями, и имеющиеся данные, обычно, относятся лишь к поведению материала при одноосном растяжении, чистом сдвиге и гидростатическом сжатии. На основе этих базовых экспериментов и результатов математического моделирования могут быть построены варианты моделей сред с разупрочнением при разгрузке и активном нагружении. [c.187]

Разработка моделей поведения материалов с учетом накопления повреждений, введение параметров повреждаемости и кинетических уравнений были начаты в теории ползучести [142]. Обобщение этого способа на анизотропные и композиционные материалы осуществляется пзггем введения тензора повреждаемости [121], с помощью которого осредненно учитываются накопление и развитие повреждений в материале в виде мпкротрещин с учетом их ориентации. Следует заметить, что функциональные связи и параметры, определяющие такие кинетические уравнения, сильно зависят от индивидуальных свойств конкретного материала и требуют большой экспериментальной обработки. В то же время при проектировании элементов конструкций из различных изотропных однородных и композиционных материалов необходимо использовать простые феноменологические модели разрушения, B03M0HtH0, менее точные в количественном отношении, по качественно отражающие характер процесса разрушения при деформировании широкого класса материалов. [c.31]

Физические модели изучаются в физике твердого тела. Для описания поведения материалов под де1 1ствием напряжений и других физических свойств рассматривается модель в виде кристал-лической ренштки атомов. [c.12]

Обзорные работы Эшби [434—436], в которых для материалов различных классов были построены и проанализированы карты механизмов разрушения, сыграли валгную роль в обобщении многочисленных экспериментальных и теоретических исследований процесса разрушения. Однако применительно к вопросам пластичного разрушения, представляющим процесс развития и накопления дефектов в материале при деформировании, карты Эшби оказываются недостаточными для анализа и прогнозирования поведения материалов при нагружении, поскольку они не отражают динамику процесса [4371. В последующих работах Эшби [370, 393] разработана простая модель пластичного разрушения, учитывающая накопление в материале повреждаемости и тип напряженного состояния. [c.213]

Построение теоретических моделей, описывающих поведение материалов в переходной области, ограниченной с одной стороны пределами применимости теории упругих волн, а с другой — пределами применимости теории ударных волн в жидкости, является перспективным направлением для дальнейших исс.ле-дований. [c.302]

В настоящее время создание модели промышленного термоядерного реактора сдерживается нерешенными инженерными проблемами, главной из которых является отсутствие подходящих материалов для стенок бланкета и узлов реактора. Наибольшее достижение получено в исследовании Токамака . В 1975 г. в результате усилий многих научно-исследовательских и конструкторских организаций и заводов в СССР была создана большая термоядерная установка Токамак-10 . Предполагается, что на этой установке будут получены данные, необходимые для проектирования демонстрационного термоядерного реактора Токамак-20 , в котором ток в тороидальной камере будет достигать 5—6 миллионов ампер, а объем плазмы — 400 м . Этот демонстрационный реактор позволит продолжительно работать с дейтериево-тритиевой плазмой и детально изучать поведение материалов в мощном потоке нейтронов, а также решать ряд инженерно-технических вопросов термоядерной энергетики, К ним относятся создание жаро- и радиационно-стойкого материала стенки реактора, создание сверхмощной электромагнитной системы из сверхпроводников, отработка всех конструктивных узлов и технологических систем на длительный (до десятка лет) ресурс работы и т. д. [c.15]

В работах Генки, Мазинга, Хоффа, Милейко, Кадашевича и Новожилова и др. (более полно развитие данного подхода изложено в обзорах [1, 2]) структурные модели использовались для качественной иллюстрации различных особенностей деформационного поведения материалов. Однако уже начиная с исследований Н. Н. Афанасьева, Дж. Бесселинга, В. С. Зарубина они рассматриваются как определенные математические модели в непосредственной связи с проблемой расчета конструкций, изготовленных из конкретных материалов и подверженных соответствующим воздействиям. Отсюда, в частности, возникает задача надлежащего экспериментального определения функций, содержащихся в уравнениях состояния (задача идентификации структурной модели по отношению к конкретному материалу). Весьма существенным преимуществом предлагаемого варианта модели циклически стабильной среды является наличие в уравнениях состояния всего лишь двух определяющих функций. Одна из них характеризует физические свойства подэлементов (реологическая функция), в то [c.169]

Малоциклоеая усталость. Чтобы рассчитать долговечность материала в условиях малоцикловой усталости конструктору деталей турбины нужна модель поведения материала, связывающая какие-то легко наблюдаемые условия с количеством рабочих циклов, не приводящих к отказу детали. Результаты расчетов по первой из таких моделей, разработанной с позиций физики твердого тела, при сопоставлении с результатами испытаний оказались чрезвычайно обнадеживающими. Чтобы улучшить согласие, ввели представление об изначально присутствующих микротрещинах, а свойства материала выразили через энергию единицы поверхности трещины. Эта концепция была распространена Гриффитсом [Ю] на разрушение вообще, хотя родилась она при экспериментировании на хрупких материалах. Этот фундамент механики разрушения был заложен в 1920 г., однако вплоть до недавнего времени большинство оценок усталостной долговечности для каждого конкретного материала основывали на эмпирической зависимости между величиной циклической нагрузки и числом циклов до разрушения. [c.68]

Двухлинейная логарифмическая зависимость между обратимой пластической деформацией и числом циклов до разрушения была обнаружена в начале 50-х гг. независимо Менсоном [11] и Коффином [12]. Позднее Менсоном был выработан подход [13], направленный на построение (5-Л )-кривых при минимальном количестве экспериментальных данных. В данном случае в качестве независимой переменной была избрана полная амплитуда деформации. Этот подход, под названием "метод универсальных наклонов , представлял собой комбинированную функцию Коффина—Менсона, из которой получается функция БескВина, позволяющая описать всю диаграмму в координатах деформация— число циклов до разрушения. Нередко для отбора материалов и расчета долговечности используют модели поведения материала, разработанные на базе такого подхода. [c.69]

Промежуточное по.ложение между физическими моделями и феноменологическими теориями деформирования занимают структурные модели, состоящие из совокупности механически связанных между собой структурных элементов, наделенных определенными свойствами. Структу рные модели материала менее сложны, чем физические. Путем подбора параметров можно добиться удовлетворительного по точности описания такими моделями поведения реальных конструтсционных материалов при произвольных режимах нагружения. Это позволяет использовать структурные модели при проведении инженерных расчетов теплонапряженных конструкций и для анализа их работоспособности. [c.236]

Знание качественного состава продуктов пиролиза различных полимеров позволяет прогнозировать вероятное поведение материалов в реальных условиях горения и теоретически анализировать механизмы процессов, происходящих при распространении пламени. Экспериментально процессы пиролиза обычно изучаются на образцах твердых полимеров, поэтому полученные результаты позволяют теоретически анализировать только процессы, происходящие в твердой, а не в газообразной фазе. Кларк [35] показал, что такой подход обусловлен предположением о протекании горе-шия в диффузионной области пламени над поверхностью объекта горения, причем газообразные продукты образуются при пиролизе твердой фазы. Для замедления горения газообразных продуктов необходимо вывести процесс горения из динамического равновесия. Фридмен [36] утверждает, что такая модель пламени является неудовлетворительной для неустановивщегося состояния. [c.336]

Поведение материалов при пропорциональных повторнопеременных нагружениях. Модель Мазинга [c.11]

Как отмечается в обзорной статье [2], физическое явление упругопластического поведения композиционных материалов и, главное, необходимость его исследования были обнаружены задолго до создания соответствующей математической теории. Поэтому многие исследователи в середине шестидесятых годов обратились к анализу поведения материалов при помощи простых моделей. Модель в виде набора параллельных составных элементов использовалась для приближенного описания неупругого деформирования однонаправленного композита при растяжении поперек волокон. Некоторые ученые использовали модель коаксиальных цилиндров, предполагая простейшее на пряженное состояние материала матрицы. Применялась анпроксима ция реального материала бесконечной средой с расположенным в ней единственным армирующим элементом. Многие методики, применяемые до сих пор, основаны на использовании правила смеси, согласно которому делается предположение об однородности либо поля напряжений, либо поля деформаций. Различные модификации этого пра вила позволяют добиваться согласия с экспериментальными данными [149, 367]. [c.17]

Неупругое поведение материалов, обусловленное диссипацией энергии, объясняется различными механизмами для металлов, полимеров, керамик и композитов на их основе. Это приводит к континуальным моделям, в которых состояние исследуемого материала, обусловленное внешним воздействием, отождествляется с некоторой величиной, называемой поврежденностью. Математические соотношения, которые содержат скалярные и (или) тензорные характеристики повре-жденности, часто оказываются очень близкими для разнообразных физических процессов. В данной работе используется один из подходов, когда функция поврежденности явным образом выделяется в определяющих соотношениях, а условиями разрушения (или появления критических напряженных состояний) являются условия достижения некоторыми инвариантными мерами функции поврежденности своих критических значений [104, 247, 258 и др.]. [c.101]

Определяющие соотношения гиперупругих материалов при больших деформациях используются в основном для моделирования поведения резиновых тел. Рассмотрим некоторые модели изотропных материалов, описывающие деформации таких тел. Вследствие изотропии материала потенциальная функция W должна зависеть только от главных инвариантов тензора деформаций Грина — Лагранжа /г(Е), /2(E), /з(Е) (см. (1.1)). В определяющих соотношениях (2.14) потенциальную функцию W I, I2, /3) прямо использовать нельзя вследствие того, что материал резины предполагается несжимаемым (J = detF = 1), так что справедливы равенства (1.46). Условие несжимаемости формулируем с помощью правого тензора деформаций Коши — Грина С, связанного с тензором деформаций Грина — Лагранжа Е первой формулой (1.49) [c.79]

Основной недостаток модели идеально пластическогс тела — это весьма упрощенная схематизация диаграммы дефор мирования. Простейший путь для его устранения — сделать ве личину переменной, возрастающей по мере деформирования Например, можно положить а,, функцией параметра е по мер( деформирования она возрастает. Но при деформировании об ратного знака а, будет вновь уменьшаться, нарушится услов устойчивости процесса деформирования da/dz > 0. Это не соот ветствует и реальному поведению материалов. Логичнее исдоль зовать неубывающий параметр — путь пластической деформ ции (при простом — растяжении или сжатии dk = 1ф1), пара метр Удквиста. В отличие от параметра р (функции явных дара метров состояния) — это скрытый параметр состояния, показы вающий суммарную степень пластического деформирования [c.130]

Для повышения адекватности описания знакопеременной пластичности и ползучести феноменологические модели приходится усложнять. Увеличивают число скрытых параметров состояния, используют многоповерхностные модели (предельную поверхность в пространстве напряжений, поверхность памяти в пространстве неупругих деформаций) [125] и т. д. Описание процессов деформирования еще более усложняется при попытках отражения влияния истории изменения температуры, взаимного влияния процессов быстрого неупругого деформирования (пластичности) и ползучести, эффектов непропорционального (в особенности циклического непропорционального) нагружения. Аналитические выражения становятся все более громоздки 0 тем самым все менее связаны с действительными закономерностями поведения материалов увеличение числа степеней свободы позволяет описывать разнообразные реальные и нереальные реологические свойства. Это стремление к описанию всех наблЮ [c.138]

В рамках рассматриваемого варианта теории ползучести анизотропных разносопротивляющихся сред возможны различные модификации физических уравнений, позволяющие как уточнить известные процессы деформирования, так и учесть новые эффекты. В частности, выбор линейного инварианта s (IV.36) в виде s = b,/s,-, позволяет описать поведение материалов, обладающих асимметрией свойств относительно знака сдвиговых напряжений. Можно, например, положив коэффициенты b j равными нулю в выражении р = Ъцрц, получить модель материала, процесс разупрочнения которого не зависит от вида напряженного состояния. Приняв равными единице коэффициенты ацы в выражении для р , придем к модели изотропного разупрочняющегося материала. По аналогии с выражениями для (IV.38) или Д (ро) (IV.39) можно сконструировать и /j оц), считая, что скорости упрочнения обладают потенциалом. Возможны и другие варианты соотношений, вытекающие из выражений (IV.42), описывающих свойства конкретных материалов. [c.110]

Отсутствие унифицированной гибкой модели для оценки упругого поведения многослойных композитов (скажем, со 100 слоями) не позволяет проанализировать виды разрушения в конструкциях из композитов. Глобальные модели, которые следуют из предполагаемого вида поля перемещений и приводят к определению эффективных модулей упругости слоистых композитов, недостаточно точны для расчета напряжений. С другой стороны, локальные модели, в которых каждый слой представляется в виде однородной анизотропной среды, становятся очень громоздкими, когда число слоев в композите достаточно велико, как было показано в предыдущем разделе. Самосогласованная модель Пэйгано и Сони [38] позволяет детально определить поведение материалов в локальной области, в то время как глобальная область представляется эффективными свойствами. В настоящем исследовании слоистый композит по толщине делится на две части. Для вывода определяющих уравнений равновесия используется вариационный принцип. Для глобальной области слоистого композита применен функционал потенциальной энергии, тогда как в локальной области использован функционал Рейсснера. [c.66]

Многие металлы и сплавы при повышенных температург1х, кроме пластичности, проявляют и явно выраженные реономные свойства. Такие среды будем называть вязкоупругопластическими. Рассмотрим одну математическую модель вязкоупругопластического твердого деформируемого тела, позволяющую описать подобное поведение материалов. Физические уравнения состояния при наличии температурного поля T x,t), отсчитываемого от некоторой начальной температуры То, принимаем следующие [c.61]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...