Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении
Розглядається осесиметрична задача опромінення тепловим імпульсом циліндричного тіла. Для опису нелінійної поведінки матеріалу використовується модель Боднера–Партома, узагальнена на випадок багатофазового складу матеріалу. Сутність узагальнення полягає у використанні правила сумішей для визначення...
Saved in:
| Published in: | Проблемы управления и информатики |
|---|---|
| Date: | 2021 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2021
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208992 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении / Н.Д. Яковенко, А.П. Бондарчук, О.П. Ковальчук // Проблемы управления и информатики. — 2021. — № 4. — С. 61–68. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859655057418485760 |
|---|---|
| author | Яковенко, Н.Д. Бондарчук, А.П. Ковальчук, О.П. |
| author_facet | Яковенко, Н.Д. Бондарчук, А.П. Ковальчук, О.П. |
| citation_txt | Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении / Н.Д. Яковенко, А.П. Бондарчук, О.П. Ковальчук // Проблемы управления и информатики. — 2021. — № 4. — С. 61–68. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы управления и информатики |
| description | Розглядається осесиметрична задача опромінення тепловим імпульсом циліндричного тіла. Для опису нелінійної поведінки матеріалу використовується модель Боднера–Партома, узагальнена на випадок багатофазового складу матеріалу. Сутність узагальнення полягає у використанні правила сумішей для визначення параметрів моделі, що відповідають за границю плинності і тимчасовий опір. Розглянута модель дозволяє точніше оцінити залишковий напружено-деформований стан, який при подальшому експлуатаційному навантаженні циліндричних деталей суттєво впливає на тимчасовий опір елементів конструкцій. Задача розв’язується чисельно методом покрокового неявного інтегрування за часом, ітераційним методом та методом скінченних елементів. На кожному часовому кроці реалізується подвійний ітераційний процес. Перший — внутрішній — пов’язаний з інтегруванням системи нелінійних рівнянь течії, другий — зовнішній — з розв’язанням рівнянь руху і теплопровідності. Розрахунки проводяться для скінченно-елементної сітки, згущеної в області опромінення, для більш точного моделювання термомеханічної поведінки матеріалу. Параметри сітки вибираються за критерієм практичної збіжності розв’язків. На основі чисельного моделювання досліджується напружено-деформований стан непружного матеріалу при врахуванні залежності параметрів моделі від фазового складу матеріалу. Основний результат: встановлено якісні та кількісні ефекти впливу фазового складу на непружні характеристики; зміну розтягувальних залишкових напружень на стискальні. Отримані результати можуть використовуватися в інженерних розрахунках на міцність елементів конструкцій, а також параметрів технологій поверхневого зміцнення.
Axisymmetric problem of heat pulse irradiation of a cylindrical solid is considered. Nonlinear behavior of the material is described by the generalized Bodner-Partom model of flow. The nature of generalization lies in applying the rule of mixtures for the determination of parameters of the model responsible for yield point and ultimate strength. The considered model enables one to estimate the residual stress-strain state more exactly. During subsequent in-service loading of cylindrical solids, this state strongly affects the fatigue resistance of elements. The problem is solved by the time step integration method, iterative method, and finite element method. In each time step, we realize a double iteration process. The first is connected with the integration of the system of nonlinear equations of flow, the second with the solution of equations of motion and heat conduction. The calculations are performed on a grid FEM, especially in the region of irradiation, for the correct modeling of thermomechanical behavior of the material. The grid parameters are chosen with the help of the criterion of practical convergence of the solutions. The investigation of the stress-strain state of an inelastic material with regard for the dependence of parameters of the flow model on the phase composition of a material is carried out by using of numerical simulation. The main result is the following: qualitative and quantitative effects of phase composition influence on inelastic characteristics are established, namely change of tensile residual stresses on compression. The results obtained in the work can be used in calculations of parameters of surface hardening technologies.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:38:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
© Н.Д. ЯКОВЕНКО, А.П. БОНДАРЧУК, О.П. КОВАЛЬЧУК, 2021
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2021, № 4 61
ФУНКЦИОНАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ
И ИМПУЛЬСНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 539.3
Н.Д. Яковенко, А.П. Бондарчук, О.П. Ковальчук
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ
ЭФФЕКТОВ ПРИ МИКРОМАСШТАБНОМ
ИМПУЛЬСНОМ НАГРУЖЕНИИ
Ключевые слова: модель течения, метод конечных элементов, импульсное
нагружение, напряженно-деформированное состояние.
Введение
Развитие сверхзвуковой авиации и космической техники стимулировало ис-
следования влияния мощных термомеханических нагружений на прочность эле-
ментов конструкций этих видов техники. Для изготовления и повышения прочно-
сти элементов конструкций, деталей машин широко используются лазерные и лу-
чевые технологии. Лазерная обработка заключается в импульсном формировании
поля остаточных напряжений и упрочнении поверхностных шаров материала [1, 2].
Исследование динамических эффектов при импульсном нагружении необхо-
димо при определении свойств материала с помощью методики акустического
неразрушающего контроля. Значительный теоретический и практический интерес
для оценки прочности облучаемых элементов конструкций представляет исследо-
вание остаточного напряженно-деформированного состояния, которое возникает
вследствие действия импульса, и изучение влияния облучения на свойства матери-
ала с фазовыми превращениями. Для оценки полученных результатов и их интер-
претации необходимо численное моделирование процессов импульсного нагруже-
ния с учетом всех особенностей реологии материала, геометрии тела и действую-
щих на него нестационарных нагрузок. Численное моделирование и исследование
неупругого динамического поведения тонкостенных элементов, которые подверга-
ются высокоскоростным нагрузкам, существенно при их проектировании.
Текущее и остаточное напряженно-деформированное состояние материала при
импульсном термическом облучении исследуется в работе [3], где фазовые превра-
щения учитываются в силу термотрансоформационного изменения объема материала.
В настоящей статье на сновании численного моделирования рассматрива-
ются текущее и остаточное напряженно-деформированное состояния материала
при импульсном термическом нагружении с учетом зависимости параметров
модели течения от фазового состава материла. Параметры модели течения, ко-
торые отвечают за предел текучести и временное сопротивление материала,
определяются в [4].
Данная задача имеет существенное практическое значение, поскольку моде-
лирует термический фактор действия лазерного облучения поверхности металли-
ческих тел при технологической обработке, в частности LSP (laser shock peening).
Интерес к таким задачам обусловлен определением рациональных технологиче-
ских параметров процессов поверхностного упрочнения [5].
62 ISSN 0572-2691
Постановка задачи
Рассматривается диск радиусом R и толщиной ,h геометрия которого в ци-
линдрической системе координат Orz задается ,r R 0 .z h
На круговой области 0 r R в центре поверхности 0z действует одно-
разовый тепловой импульс, который моделируется тепловым потоком q через
границу диска 0.z Тепловой поток изменяется по закону
0 cos sin ; , ,
2
, ,0;
0; ,0 ,
q q
q q
q q
r t
q r r t t
r t
q r r R t t
t tr R
qt — длительность импульса, qr — радиус пятна теплового облучения, q — теп-
ловой поток, 0q — параметр теплового потока.
Задаются начальные условия 0;r ru u 0;z zu u 0, 0,t где 0 —
начальная температура.
Математическая постановка динамической осесимметричной задачи в ци-
линдрической системе координат Orz включает также:
— соотношения Коши
,z
zz
u
z
,r
rr
u
r
,ru
r
1
2
z r
rz
u u
r z
;
— уравнения движения
1
( ) ,
1
;
rr rz
rr r
rz zz
rz z
u
r r z
u
r r z
— уравнение теплопроводности
1
3 ( 3 ) .V V kk sc K rk k D r
r r r z z
Здесь ru и zu — компоненты вектора перемещений; ,rr ,zz rz и —
компоненты тензора деформации; ,rr ,zz rz и — компоненты тензора
напряжений; — плотность материала, VK — модуль объемного сжатия;
;kk rr zz sr — объемный источник тепла; D — скорость диссипа-
ции; — абсолютная температура; Vc и k — коэффициенты теплоемкости при
постоянном объеме и теплопроводности;
ph
ij
— термотрансформационная де-
формация,
ph ph
ijij
[6], которая учитывает изменение объема материала при
изменении температуры и фазовых превращениях.
Нелинейное поведение материала описывается моделью течения Боднера–
Партома [1, 4]. Она включает:
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2021, № 4 63
— уравнение аддитивности деформации
phe in
ij ij ij ij
, , , ;i j r z
— закон Гука, записанный для девиаторной и шаровой составляющих тензоров,
2 ( ),in
ij ij ijs G e 3 ( );
ph
kk V kk kk
K
— закон течения Прандтля–Рейса с условием неупругой несжимаемости
2
0
0
2 2
( )1
exp ,
2 3
n
ijin
ij
sK K
D
J J
0,in
kk (0) 0;in
ij
— уравнение эволюции параметра изотропного упрочнения
1 1( ) ,inK m K K W (0) 0.K
При этом G — модуль сдвига; ,ijs ije — девиаторы тензоров напряжений и
деформации соответственно, где / 3,ij ij ij kks / 3;ij ij kk ije ij —
символ Кронекера; 2J — второй инвариант девиатора тензора напряжений,
2 / 2;ij ijJ s s inW — неупругая мощность, ;in in
ij ijW ,in
ij
e
ij — неупругая и
упругая составляющие деформации; oD — предельное значение скорости не-
упругой деформации при сдвиге,
8 110 ;oD c ,n 1,m 0,K 1K — параметры
модели.
Методы исследования
В данной работе используется подход, развитый в [7] для решения плоских и
осесимметричных задач термовязкопластичности. Нелинейная задача термомеха-
ники решается численно с использованием метода пошагового интегрирования по
времени. На каждом шаге задача линеаризуется с помощью метода итераций.
Численная реализация задачи проводится в рамках двух итерационных процессов.
Внутренний связан с интегрированием нелинейных уравнений модели течения
Боднера–Партома. В рамках внешнего итерационного процесса решаются уравне-
ния равновесия и теплопроводности. Для решения уравнения модели течения ис-
пользуется неявный метод Эйлера. Уравнение динамики решается неявным мето-
дом Ньюмарка. Линеаризованная на каждой итерации задача решается методом
конечных элементов.
Параметры модели 0,K 1,K которые зависят от фазового состава материла,
определяются с помощью линейного правила смесей [4].
Термотрансформационная составная деформации
ph
ij
определяется с помо-
щью формулы [6]
( ) ( )
( )
( ) ( ) ( ) ( )
,
3 ( ) ( )
r rph
ijij
r r
V y V y
V y
где — текущая температура, r — отсчетная температура, y — концентрации
фаз, ( )V — удельный объем для фазы , a — фаза аустенита, f — фаза
феррита, p — фаза перлита, b — фаза бейнита, m — фаза мартенсита.
64 ISSN 0572-2691
Соотношения для удельных объемов ( ) ( )V в м
3
/кг, которые относятся к
температуре 20 C, представляются в виде [6]
( ) 3 6 3
( , , ) 3 6
( ) 3 6 3
( , ) 10 0,12282 8,56 10 ( 20) 2,15 10 ,
( , 20 , ) 10 0,12708 5,528 10 ( 20),
( , 20 , ) 10 0,12708 4,448 10 ( 20) 2,79 10 ,
a
f p b
m
V C C
V C
V C C
где C — массовая концентрация углерода в процентах.
Для расчета накопления фаз вдоль произвольной траектории охлаждения исполь-
зуется инкрементальная модель на основе уравнения Коистинена–Марбургера.
Анализ результатов
Расчеты проводятся для следующих геометрических параметров диска: ради-
ус 33 10R м, длина 41 10L м. Начальная температура принимается
20 C. Длительность действия теплового импульса равна
810 c.qt
Параметр
теплового потока принимает значения
8 2
0 1,8 10 кВт/м .q Температура в торце-
вой части стержня изменяется в пределах 20 1290 С. Шаг интегрирования по
времени изменяется в пределах 8 1010 10 c. Конечно-элементная сетка включа-
ет 6804 четырехугольных элемента и 20821 узловых точек. Рассматривается мате-
риал со свойствами стали 35ХМА.
На рис. 1 изображена эволюция температуры в центральной точке облучен-
ной поверхности диска. При импульсном нагружении облученная область быстро
нагревается. В момент времени
80,7 10 ct температура достигает своего пика —
1290 С. В результате быстрого охлаждения в условиях теплообмена с окружаю-
щей средой температура выравнивается. Уровень температуры изменяется в узкой
области близко к зоне облучения и в течение действия теплового потока не успе-
вает значительно подняться за пределы области действия высокоскоростного тер-
мического нагружения.
10
–10
500
1000
10
– 9
10
– 8
10
– 7
C
t, c
Рис. 1
На рис. 2 показана интенсивность полной деформации ie вдоль радиуса диска
r при 0z в разные моменты времени .t Здесь кривые 1–5 отвечают моментам
времени
80,1 10 c,t
80,5 10 c,t
80,7 10 c,t
70,1 10 c,t
60,25 10 ct
соответственно. Кривая 5 иллюстрирует остаточное распределение интенсивности
полной деформации ie в момент времени
60,25 10 c.t Из рис. 2 видно, что в
разные моменты времени уровень полной деформации изменяется. При действии
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2021, № 4 65
термического импульса в момент максимального нагрева при
80,7 10 ct (кри-
вая 3) полная деформация равна 0,033.ie При дальнейшем охлаждении уровень
деформации снижается (кривые 2, 4) и в остаточных распределениях стабилизируется
со значением 0,0037ie (кривая 5). Данный эффект обуславливается учетом зави-
симости параметров модели от фазового состава материала.
0 0,5 1
0
1
3
5
4
2
0,03
1,5
0,02
0,01
ei
r·103, м
Рис. 2
На рис. 3 изображено распределение интенсивности неупругой деформации in
ie
вдоль радиуса диска r при 0z в разные моменты времени .t Цифры 1–5 на
кривых отвечают моментам времени
80,3 10 c,t
80,5 10 c,t
80,7 10 c,t
70,1 10 c,t
60,25 10 ct соответственно. Кривая 5 показывает остаточное
распределение интенсивности неупругой деформации
in
ie при
60,25 10 c.t
Уровень неупругой деформации
in
ie в момент времени
60,25 10 ct стабили-
зируется со значением 0,0002.in
ie
0 0,5 1
0
1
3
5
4
2
1,5
0,01
0,02
0,03
in
ie
r·103, м
Рис. 3
На рис. 4 иллюстрируются осевые распределения полной ie (сплошная кри-
вая) и неупругой деформации
in
ie (пунктирная кривая) по глубине диска z при
0r в разные моменты времени. В момент времени
70,05 10 ct полная де-
формация равна 0,029,ie а неупругая — 0,028.in
ie В остаточном распреде-
лении при
60,25 10 ct уровень полной деформации принимает значение
0,004,ie а неупругой — 0,002.in
ie
66 ISSN 0572-2691
0
0
10 – 8
0
0,01
0
10 – 7 10 – 6 10 – 5
0,02
0,01
0,02
0,02
0,01
0,01
0,02
10 – 5 10 – 6 10 – 7 10 – 8
, in
i ie e
z, м
t= 0,05·10– 7 с
t= 0,1·10– 7 с
t= 0,3·10– 7 с
t= 0,25·10– 6 с
z, м
Рис. 4
Пространственное распределение радиальных напряжений rr в моменты
времени
80,5 10 c,t
70,15 10 c,t
70,25 10 c,t
60,3 10 ct показано на
рис. 5–8. При действии высокоскоростного импульсного нагружения в узкой об-
ласти под пятном облучения появляются сжимающие напряжения вследствие
расширения материала (см. рис. 5). При дальнейшем охлаждении появляются рас-
тягивающие напряжения в области 30,89 10r м,
60 0,13 10z м, которые
под пятном облучения достигают максимума 1330rr МПа (см. рис. 6). Вслед-
ствие учета зависимости параметров модели, которые отвечают за границу тече-
ния и временное сопротивление от фазового состава материла, в процессе охлаж-
дения растягивающие напряжения уменьшаются (рис. 7).
– 1200 0 700
rr,
MPa
z, м
r, м 0 0,0004 0,0008
5E–08
1E–07
1700
Рис. 6
Остаточное пространственное распределение радиального напряжения rr в
момент времени
60,3 10 ct показано на рис. 8, где радиальные напряжения
стабилизируются со значением 1100rr МПа в области
30,78 10r м,
60 0,09 10z м.
– 1200 0 700
rr,
MPa
z, м
r, м 0 0,0004 0,0008
5E–08
1E–07
Рис. 5
Международный научно-технический журнал
«Проблемы управления и информатики», 2021, № 4 67
– 1200 0 700
rr,
MPa
z, м
r, м 0 0,0004 0,0008
5E–08
1E–07
1700
Рис. 8
Таким образом, при охлаждении ниже температуры 380 C в остаточных
распределениях имеет место полная трансформация растягивающих радиальных
напряжений в сжимающие. Данный эффект носит не только количественный, но и
качественный характер: появление остаточных сжимающих напряжений способ-
ствует поверхностному упрочнению материала.
Заключение
В данной статье проведено численное моделирование напряженно-дефор-
мированного состояния диска, который подвергается импульсному тепловому об-
лучению по пятну. Нелинейное поведение материала описано с помощью унифи-
цированной модели течения Боднера–Партома. Учитывается зависимость пара-
метров модели от фазового состава материла. Динамическая задача решена с
помощью конечно-элементной методики, которая развита для моделирования
термомеханического поведения физически-нелинейных материалов. На основании
численного моделирования проведен анализ текущего и остаточного напряжено-
деформированного состояния диска в зоне действия термического импульса.
Установлено, что при тепловом потоке
8 2
0 1,8 10 кВт/мq формируются сжи-
мающие остаточные напряжения со значением 1100rr МПа в достаточно узкой
области
30,78 10r м,
60 0,09 10z м. Также при заданном импульсном
нагружении в момент времени
60,25 10 ct вдоль радиуса диска
30,78 10r м
формируются незначительные неупругие деформации 0,0002.in
ie
Н.Д. Яковенко, А.П. Бондарчук, О.П. Ковальчук
ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІЧНИХ
ЕФЕКТІВ ПРИ МІКРОМАСШТАБНОМУ
ІМПУЛЬСНОМУ НАВАНТАЖЕННІ
Розглядається осесиметрична задача опромінення тепловим імпульсом цилін-
дричного тіла. Для опису нелінійної поведінки матеріалу використовується
модель Боднера–Партома, узагальнена на випадок багатофазового складу мате-
ріалу. Сутність узагальнення полягає у використанні правила сумішей для ви-
значення параметрів моделі, що відповідають за границю плинності і тимчасо-
вий опір. Розглянута модель дозволяє точніше оцінити залишковий напружено-
деформований стан, який при подальшому експлуатаційному навантаженні ци-
ліндричних деталей суттєво впливає на тимчасовий опір елементів конструк-
цій. Задача розв’язується чисельно методом покрокового неявного інтегрування
– 1200 0 700
rr,
MPa
z, м
r, м 0 0,0004 0,0008
5E–08
1E–07
1700
Рис. 7
68 ISSN 0572-2691
за часом, ітераційним методом та методом скінченних елементів. На кожному часо-
вому кроці реалізується подвійний ітераційний процес. Перший — внутрішній —
пов’язаний з інтегруванням системи нелінійних рівнянь течії, другий — зовні-
шній — з розв’язанням рівнянь руху і теплопровідності. Розрахунки прово-
дяться для скінченно-елементної сітки, згущеної в області опромінення, для
більш точного моделювання термомеханічної поведінки матеріалу. Параметри
сітки вибираються за критерієм практичної збіжності розв’язків. На основі чи-
сельного моделювання досліджується напружено-деформований стан непруж-
ного матеріалу при врахуванні залежності параметрів моделі від фазового
складу матеріалу. Основний результат: встановлено якісні та кількісні ефекти
впливу фазового складу на непружні характеристики; зміну розтягувальних за-
лишкових напружень на стискальні. Отримані результати можуть використову-
ватися в інженерних розрахунках на міцність елементів конструкцій, а також
параметрів технологій поверхневого зміцнення.
Ключові слова: модель течії, метод скінченних елементів, імпульсне наванта-
ження, напружено-деформований стан.
N.D. Yakovenko, A.P. Bondarchuk, O.P. Kovalchuk
THE INVESTIGATION OF DYNAMIC EFFECTS
UNDER MICROSCALE PULSE LOAD
Axisymmetric problem of heat pulse irradiation of a cylindrical solid is considered.
Nonlinear behavior of the material is described by the generalized Bodner-Partom
model of flow. The nature of generalization lies in applying the rule of mixtures for
the determination of parameters of the model responsible for yield point and ultimate
strength. The considered model enables one to estimate the residual stress-strain state
more exactly. During subsequent in-service loading of cylindrical solids, this state
strongly affects the fatigue resistance of elements. The problem is solved by the time
step integration method, iterative method, and finite element method. In each time
step, we realize a double iteration process. The first is connected with the integration
of the system of nonlinear equations of flow, the second with the solution of equa-
tions of motion and heat conduction. The calculations are performed on a grid FEM,
especially in the region of irradiation, for the correct modeling of thermomechanical
behavior of the material. The grid parameters are chosen with the help of the criterion
of practical convergence of the solutions. The investigation of the stress-strain state
of an inelastic material with regard for the dependence of parameters of the flow
model on the phase composition of a material is carried out by using of numerical
simulation. The main result is the following: qualitative and quantitative effects of
phase composition influence on inelastic characteristics are established, namely
change of tensile residual stresses on compression. The results obtained in the work
can be used in calculations of parameters of surface hardening technologies.
Keywords: model of flow, finite-element method, pulse loading, stress-strain state.
1. Bodner S., Partom Y. Constitutive equations for elastoviscoplastic strain hardening material.
Trans. ASME. J. Appl. Mech. 1975. 42. P. 385–389. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3423586.
2. Chen H., Kysar J. And Yao Y.L. Characterization of plastic deformation induced by microscale laser
shock peening. J. Appl. Mech. 2004. 71. P. 713–723. DOI: https://doi.org/10.1115/1.1782914.
3. Zhuk Y.A., Kashtalyan M. Influence of microstructural transformation on quasistatic and dynam-
ic thermomechanical response of thermally loaded disk. Mathematical Modeling and Computing.
2014. 1, N 2. P. 284–293.
4. Senchenkov I.K., Oksenchuk N.D. Modeling of a nonisothermal flow with regard for the depend-
ence of plastic properties on the microstructure of a material. J. Math. Sci. 2013. 190, N 6.
P. 796–803. DOI: https://doi.org/10.1007/s10958-013-1289-6.
5. Коваленко В.С. Микро- и нанообработка сверхмощными лазерными импульсами. Обору-
дование и эксперимент для профессионалов. 2003. № 4. С. 4–14.
6. Leblond J.B., Mottet G, Devaux J.C. A theoretical and numerical approach to the plastic behavior
of steel during phase transformation. I. Derivation of general relations. J. Mech. Phys. Solids.
1986. 34, N 4. P. 395–409. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-5096(86)90010-4.
7. Жук Я.О., Сенченков И.К., Козлов В.И., Табиева Г.А. Осесимметричная динамическая свя-
занная задача термовязкопластичности. Прикладная механика. 2001. 37, № 10. С. 83–89.
Получено 27.01.2021
https://doi.org/10.1115/1.3423586
https://doi.org/10.1115/1.1782914
https://doi.org/10.1007/s10958-013-1289-6
https://doi.org/10.1016/0022-5096(86)90010-4
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-208992 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0572-2691 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:38:04Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Яковенко, Н.Д. Бондарчук, А.П. Ковальчук, О.П. 2025-11-10T15:11:52Z 2021 Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении / Н.Д. Яковенко, А.П. Бондарчук, О.П. Ковальчук // Проблемы управления и информатики. — 2021. — № 4. — С. 61–68. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0572-2691 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208992 539.3 10.34229/1028-0979-2021-4-6 Розглядається осесиметрична задача опромінення тепловим імпульсом циліндричного тіла. Для опису нелінійної поведінки матеріалу використовується модель Боднера–Партома, узагальнена на випадок багатофазового складу матеріалу. Сутність узагальнення полягає у використанні правила сумішей для визначення параметрів моделі, що відповідають за границю плинності і тимчасовий опір. Розглянута модель дозволяє точніше оцінити залишковий напружено-деформований стан, який при подальшому експлуатаційному навантаженні циліндричних деталей суттєво впливає на тимчасовий опір елементів конструкцій. Задача розв’язується чисельно методом покрокового неявного інтегрування за часом, ітераційним методом та методом скінченних елементів. На кожному часовому кроці реалізується подвійний ітераційний процес. Перший — внутрішній — пов’язаний з інтегруванням системи нелінійних рівнянь течії, другий — зовнішній — з розв’язанням рівнянь руху і теплопровідності. Розрахунки проводяться для скінченно-елементної сітки, згущеної в області опромінення, для більш точного моделювання термомеханічної поведінки матеріалу. Параметри сітки вибираються за критерієм практичної збіжності розв’язків. На основі чисельного моделювання досліджується напружено-деформований стан непружного матеріалу при врахуванні залежності параметрів моделі від фазового складу матеріалу. Основний результат: встановлено якісні та кількісні ефекти впливу фазового складу на непружні характеристики; зміну розтягувальних залишкових напружень на стискальні. Отримані результати можуть використовуватися в інженерних розрахунках на міцність елементів конструкцій, а також параметрів технологій поверхневого зміцнення. Axisymmetric problem of heat pulse irradiation of a cylindrical solid is considered. Nonlinear behavior of the material is described by the generalized Bodner-Partom model of flow. The nature of generalization lies in applying the rule of mixtures for the determination of parameters of the model responsible for yield point and ultimate strength. The considered model enables one to estimate the residual stress-strain state more exactly. During subsequent in-service loading of cylindrical solids, this state strongly affects the fatigue resistance of elements. The problem is solved by the time step integration method, iterative method, and finite element method. In each time step, we realize a double iteration process. The first is connected with the integration of the system of nonlinear equations of flow, the second with the solution of equations of motion and heat conduction. The calculations are performed on a grid FEM, especially in the region of irradiation, for the correct modeling of thermomechanical behavior of the material. The grid parameters are chosen with the help of the criterion of practical convergence of the solutions. The investigation of the stress-strain state of an inelastic material with regard for the dependence of parameters of the flow model on the phase composition of a material is carried out by using of numerical simulation. The main result is the following: qualitative and quantitative effects of phase composition influence on inelastic characteristics are established, namely change of tensile residual stresses on compression. The results obtained in the work can be used in calculations of parameters of surface hardening technologies. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Проблемы управления и информатики Функционально-дифференциальные и импульсные системы управления Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении Дослідження динамічних ефектів при мікромасштабному імпульсному навантаженні Study of dynamic effects under microscale impulse loading Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении Яковенко, Н.Д. Бондарчук, А.П. Ковальчук, О.П. Функционально-дифференциальные и импульсные системы управления |
| title | Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении |
| title_alt | Дослідження динамічних ефектів при мікромасштабному імпульсному навантаженні Study of dynamic effects under microscale impulse loading |
| title_full | Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении |
| title_fullStr | Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении |
| title_full_unstemmed | Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении |
| title_short | Исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении |
| title_sort | исследование динамических эффектов при микромасштабном импульсном нагружении |
| topic | Функционально-дифференциальные и импульсные системы управления |
| topic_facet | Функционально-дифференциальные и импульсные системы управления |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208992 |
| work_keys_str_mv | AT âkovenkond issledovaniedinamičeskihéffektovprimikromasštabnomimpulʹsnomnagruženii AT bondarčukap issledovaniedinamičeskihéffektovprimikromasštabnomimpulʹsnomnagruženii AT kovalʹčukop issledovaniedinamičeskihéffektovprimikromasštabnomimpulʹsnomnagruženii AT âkovenkond doslídžennâdinamíčnihefektívprimíkromasštabnomuímpulʹsnomunavantaženní AT bondarčukap doslídžennâdinamíčnihefektívprimíkromasštabnomuímpulʹsnomunavantaženní AT kovalʹčukop doslídžennâdinamíčnihefektívprimíkromasštabnomuímpulʹsnomunavantaženní AT âkovenkond studyofdynamiceffectsundermicroscaleimpulseloading AT bondarčukap studyofdynamiceffectsundermicroscaleimpulseloading AT kovalʹčukop studyofdynamiceffectsundermicroscaleimpulseloading |