ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы построения адекватных определяющих соотношений (математических моделей) материалов, пригодных для решения технологических задач, в которых применяется локальное деформирование заготовки. Проект предполагает анализ аналитических и численных решений технологических задач обработки металлов давлением, таких как инкрементальная листовая формовка, поперечная раскатка труб, торцевая раскатка дисков, в которых воздействие инструмента на заготовку осуществляется локально; выявление характерных видов (процессов) сложного нагружения материала в таких задачах; теоретическое и экспериментальное исследование поведения конструкционных сплавов в таких процессах сложного нагружения с целью рекомендации (выбора) определяющих соотношений, наиболее адекватно описывающих такое поведение сплавов. Будет проведен анализ доступных моделей пластичности, и наиболее подходящие из них будут откалиброваны и подтверждены для этих процессов.

The project is focused on the fundamental problem of development of the adequate constitutive equations suitable for implementation in the real technological processes utilizing local deformation of workpiece. As a part of the project, analysis of the analytical and numerical solutions incremental metal forming processes such as incremental sheet metal forming, flow forming, rotary forging will be done. Characteristic types of complex loading paths taking place in these processes will be found and systematized. Theoretical and experimental investigation of material behaviour for some important technological alloys like will be conducted. Analysis of the available models of plasticity will be conducted and the most suitable ones will be calibrated and validated for these processes.

За первый год реализации проекта предполагается получить следующие результаты: сопоставительный анализ постановок краевых задач для технологических процессов рассматриваемого типа; выявление возможности оценить характерный вид сложного нагружения материала в рассматриваемых технологических процессах на основе опубликованных численных решений соответствующих краевых задач; решение тестовых технологических задач указанного вида с использованием пакета прикладных программ QForm; проведение тестовых экспериментов на простое и сложное реверсивное нагружение.

У коллектива имеется значительный научный задел по предполагаемому проекту. Он создан отчасти в рамках проводившихся ранее госбюджетных исследований и отчасти при выполнении предшествующих грантов РФФИ. Основные результаты, полученные при выполнении этих проектов, соответствовали международному уровню; это подтверждается публикациями по темам проектов в ведущих международных рецензируемых журналах, а также докладами участников проектов на важнейших международных конференциях по пластичности и механике деформируемого твердого тела.

Произведен анализ технологических процессов ОМД, в которых воздействие на формуемую заготовку происходит локально и процесс ротационной вытяжки труб был выбран для изучения как наиболее сложный и интересный с точки зрения механики. Работа была начата с проведения подробного анализа публикаций, посвященных этому процуссу. Анализ технических и экспериментальных данных, найденных в литературе, позволил прийти к ряду заключений об основных задачах механики – связанных с ротационной вытяжкой, в числе которых понимание механизма деформирования, достоверное определение напряженно-деформируемого сосояния (НДС) в различных зонах заготовки, связь НДС и технологических параметров процесса, а также выяснение основных причин возникновения различных видов разрушения. По результатам проведенных анализов был сформулирован ряд гипотез о механизмах деформирования и разрушения,ф также сделаны предположения о характере напряженного состояния различных точек деформируемого тела в процессе поперечной раскатки. Для численной проверки всех сформулированных предположений была создана конечно-элементная модель процесса в программном пакете QForm® с использованием упруго-пластической модели материала с изотропным упрочнением. C её помощью выполнен расчет двух реальных процессов раскатки труб из стали 3430 и титанового сплава Ti-6Al-4V на машине с тремя роликами при комнатной температуре. Проведено сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными (траектории движения роликов, усилия на роликах, толщина трубы, удлинение трубы, пружинение). Полученные данные вполне подтвердили гипотезы о механизме деформирования и кинематике процесса, однако возникновение шевронных трещин не нашло логического объяснения, поднимая вопрос о точности предсказания НДС в местах разрушения. В процессе анализа было установлено, что история деформирования в различных точках заготовки имеет существенно немонотонный и временами знакопеременный характер с резкими сменами вида напряженно-деформированного состояния и, возможно, использование модели изотропного упрочнения некорректно для данного процесса. Для выбора более адекватной модели, был проведен анализ публикаций, содержащих результаты экспериментов на сложное циклическое нагружение и варианты определяющих соотношений для их описания, в результате которых было выбрано две модели – Шабоша и Маркина. Для нахождения материальных констант выбранных моделей и калиброки векторных критериев разрушения была изготовлена серия образцов из титанового сплава Ti-6Al-4V, сформулированы программы испытаний и проведены тестовые эксперименты на кручение, реверсивное кручение и сложное нагружение. К сожалению, в связи с ограничениями связанными с COVID-19 запланированные эксперименты не были завершены к концу проекта, однако будут продолжены в 2021.