Подписаться
Применение САПР в машиностроении

Дискретно-континуальный метод прогнозирования механических свойств пористых и композитных материалов

Дискретно-континуальный метод прогнозирования механических свойств пористых и композитных материалов

В настоящее время общепризнаны континуальные представления о процессах пластического течения пористых материалов (ПМ) на основе феноменологического подхода к построению теории. Построение феноменологической теории предполагает использование и распространение на более общие случаи частных результатов соответствующим образом поставленных экспериментальных работ. Поэтому в результате проведения частных испытаний материалов должны быть найдены некоторые универсальные функции, отражающие, по возможности наиболее полно, характерные свойства данного материала. Для построения теории и в технологических расчетах процессов деформации заготовок из ПМ наряду с традиционным набором свойств, характерным для компактных (несжимаемых) материалов, необходимо исследование свойств, связанных с их необратимой сжимаемостью и повышением плотности.

Среди общепринятых методов испытаний механических свойств компактных материалов (растяжение, сжатие, кручение и др.), только при испытании на сжатие реализуется схема напряженного состояния с отрицательным средним напряжением, характерная для процессов деформации ПМ. Другие методы испытаний неприменимы из-за низкой пластичности ПМ. Ограничения в выборе методов испытаний, их трудоемкость и недостаточность информации для построения полноценной феноменологической теории течения пористых материалов делает актуальным разработку виртуальных методов определения физико-механических свойств ПМ. Феноменологический подход в рамках континуальных представлений о пластическом течении ПМ развивается на основе введения так называемых «представительных элементов», то есть минимальных областей, идентичных по свойствам самим порошковым те-лам. Смысл введения понятия «представительный элемент» в континуальной теории сжимаемых материалов аналогичен понятию «материальная точка» или «элементарный объем» в теории пластичности несжимаемых материалов.

Основная идея, предлагаемого в данной работе виртуального эксперимента, в результате которого могут быть исследованы свойства пористых материалов, связанные с их необратимой сжимаемостью и повышением плотности заключается в том, что элементарный объем пористого материала представляется в виде конечноэлементной моде-ли со случайно распределенными пустыми КЭ-элементами, имитирующими свойства пор. В процессе решения пластической задачи де-формирования такого представительного элемента пористого тела рассматривается упрочнение за счет пластического деформирования частиц пористой среды и уплотнения путем заполнения пор. Иные механизмы уплотнения (такие как, диффузия, спекание и другие) не учитываются, однако при холодном уплотнении порошковых спеченных заготовок они не должны играть существенной роли. При решении задачи свойства базового материала должны быть заранее заданы. Кроме этого, в процессе решения пластической задачи деформирования представительного элемента соблюдается в среднем условие однородности напряженно-деформированного состояния, что является основным требованием к условиям проведения физических экспериментов. Подход реализован в программном комплексе Forming, разработанном в ГОУ МГИУ. В результате виртуального испытания на осадку представительного элемента в виде цилиндрического элементарного объема получен текущий объем представительного элемента и его размеры: высота и средний диаметр, а также текущая относи-тельная плотность и зависимость силы деформации от хода ползуна. Эти данные позволили получить осредненные зависимости напряжения текучести и плотности от степени деформации, а также функции пористости, входящие в эллипсоидальное условие пластичности Р.Дж. Грина. Следует отметить, что в реальных материалах, используемых в физических экспериментах для исследования механических свойств, поры также распределены случайным образом. Поэтому при сопоставлении расчетных и экспериментальных данных можно сравнивать только средние значения параметров и их использовать для оценки точности расчетных величин. Расчетные результаты сопоставлены с результатами физических экспериментов, проведенных с использованием спеченных заготовок из железного и медного порошков. Получено хорошее соответствие.

С полным содержанием журнального варианта статьи можно ознакомиться в формате .pdf ниже

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Свежие комментарии

Яндекс.Метрика