Моделирование залечивания поврежденности металла высокоэнергетическим импульсным электромагнитным полем

Получена 10 августа 2017; Принята 06 октября 2017;
Цитирование: К.В. Кукуджанов. Моделирование залечивания поврежденности металла высокоэнергетическим импульсным электромагнитным полем. Письма о материалах. 2018. Т.8. №1. С.27-32
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2018-1-27-32

Аннотация

С помощью численного моделирования получена простая приближенная зависимость изменения поврежденности цинка f(t) от времени t и его начальной поврежденности f0 при воздействии импульсом высокоэнергетического электромагнитного поля (С= 1,228*102 c–1, t0= 9,63 мкс, соответственно коэффициент пропорциональности и пороговое время). Исследуются процессы трансформации дефектов типа межзеренных микротрещин, протекающие в материале при обработке металлических образцов импульсным высокоэнергетическим электромагнитным полем. Исследование осуществляется численно на основе связанной модели воздействия полем на предварительно поврежденный термоупругопластический материал с дефектами, которая учитывает плавление и испарение металла, а также зависимость всех его физико-механических свойств от температуры. Решение получающейся системы уравнений ищется методом конечных элементов на подвижных сетках с использованием смешанного эйлера-лагранжева метода. Моделирование показало, что одновременное уменьшения длины, выброса расплавленного металла внутрь трещины и смыкание берегов приводит к тому, что берега трещины начинают контактировать со струей расплавленного материала, и в результате этих процессов струя оказывается полностью зажатой берегами трещины. Таким образом, под действием импульсов тока происходит сварка берегов трещины и залечивание микродефектов. Для описания процессов залечивания вводятся параметры залеченности и поврежденности материала. Изучаются процессы изменения залеченности и поврежденности от времени при воздействии полем. Рассматриваются вопросы о выборе предпочтительных областей интегрирования и условий на их границах при моделировании этих процессов. Исследуется влияние формы микротрещин на изменение залеченности и поврежденности от времени. Залечивание микротрещин приводит к увеличению залеченности материала и уменьшению его поврежденности. Форма микротрещин, практически не влияет на изменения залеченности и поврежденности материала во времени при воздействии на материал током. На эти изменения влияет лишь величины начальной поврежденности материала и начальной длины микротрещины. Зависимости залеченности и поврежденности материала во времени будут практически одинаковыми для любых различающихся форм микротрещин при условии, что начальные длины и начальные поврежденности для этих различных форм дефектов равны. Получены простые приближенные кусочно-линейные зависимости изменения поврежденности и залеченности от времени и начальной поврежденности металла.

Ссылки (19)

1. Beklemishev N. N., Koryagin N. I., Shapiro G. C. Izv. Akad. Nauk SSSR. Metals, 4, 184 (1984). (in Russian) [Беклемишев Н. Н., Корягин Н. И., Шапиро Г. С. Известия АН СССР, Мелаллы. 4, 184 (1984)].
2. Beklemishev N. N., Kukudzhanov V. N., Porokhov V. A. et al. Preprint No. 372, Moscow, IPM AN SSSR. (1989) 56 p. (in Russian) [Беклемишев Н. Н., Кукуджанов В. Н., Порохов В. А. и др. Пластичность и прочность металлических материалов с учетом импульсного воздействия высокоэнергетического электромагнитного поля. Препринт № 372., М. ИПМ АН СССР. 1989. 56 с.].
3. Klyushnikov V. D., Ovchinnikov I. V. Mech. Solids. 23 (4), 113 (1988).
4. Ovchinnikov I. V. J. Problems of Strength. 6, 54 (1993).
5. Kukudzhanov V. N., Kolomiets-Romanenko A. V. Mech. Solids. 45 (3), 465 (2010).
6. Song Hui, Wang Zhong-Jin, Gao Tie-Jun. Trans. Nonferrous Soc. China. 17, 87 (2007).
7. Troitskii O. A., Baranov Yu. V., Avraamov Y. S., Shlyapin A. D. Physical fundamentals and technologies of processing advanced materials (theory, technology, structure, and properties). Vol. 1., Moscow-Izhevsk, Inst. Comp.Science, (2004) 590 p. (in Russian) [Троицкий О. А. Баранов Ю. В., Аврамов Ю. С., Шляпин А. Д. Физические основы и технологии обработки современных материалов (теория, технология, структура и свойства). Т. 1. Москва-Ижевск. Инст.комп.иссл. 2004. 590 с.].
8. Conrad H. Final Report ARO Proposal Nо 23090-MS, ARO Funding Document DAAL03-86-K-0015, U. S. Army Research Office, Raleigh, NC State University. (1989) 52 p.
9. Zuev L. B., Tsellermaer V. Ya., Gromov V. E., and Murav’ev V. V. Ultrasonic monitoring of the accumulation of aging damage and recovery of the useful lifetime of industrial parts. Tech. Phys. 49 (2), 1094 (1997).
10. Zuev L. B., Sosnin O. V., Chirakadze D. Z., Gromov V. E., and Murav’ev V. V. J. Appl. Mech. Tech.Phys. 39 (4), 639 (1998).
11. Liu T. J. C. Int. J. Mech., Aerosp., Indust., Mechatr. Manuf. Engineering, 4 (5), 387 (2010).
12. Yu J., Zhang H., Deng D., Hao S., Iqbal A. Chinese J. Mech. Engineering, 27 (4), 745, (2014).
13. Kukudzhanov K. V. PNRPU Mechanics Bulletin. 4, 138 - 158 (2015) (in Russian) [Кукуджанов К. В. Вестник ПНИПУ. Механика. 4, 138 (2015).]. Crossref
14. Kukudzhanov K. V., Levitin A. L. PNRPU Mechanics Bulletin. 2, 89 (2016) (in Russian) [Кукуджанов К. В., Левитин А. Л. Вестник ПНИПУ. Механика. 2, 89 (2016)].
15. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Zhu J. Z. The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals. (6ed.), Elsevier. (2005) 613 p.
16. Finkel’ V. M., Golovin Yu. I., Sletkov A. A. Sov. Phys. Dokl. 237 (2), 325 - 327 (1977).
17. Gavrilin I. V. Melting and crystallization of metals and alloys. Vladimir, VGU. (2000) 260 p. (in Russian) [Гаврилин И. В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. Владимир, ВГУ. 2000. 260 с.].
18. Pikunov M. V. Metallurgy of the melts. A course of lectures. Moscow, MISA. (2005) 286 p. (in Russian) [Пикунов М. В. Металлургия расплавов. Курс лекций. М. МИСиС. 2005. 286 с.].
19. Kachanov L. M. Izv. Akad. Nauk SSSR. OTN. 8, 26 (1958) (in Russian) [Качанов Л. М. Известия АН СССР, ОТН. 8, 26 (1958)].