Аннотация:В современной науке и технике существуют различные подходы к описанию
процессов разрушения материалов. В данной работе приводится краткий обзор
92
и прослеживается эволюция популярных моделей критериев разрушения, используемых
при решении задач динамической прочности методом конечного элемента
и интегрированных в коммерческие среды прочностного анализа. Особое внимание уделено
критерию, представляющему собой модель обобщенной функциональной зависимости
предельной пластической деформации от двух переменных: параметра вида напряженно-
деформированного состояния (НДС)
, равного отношению гидростатического давления
к интенсивности напряжений, и параметра
, выражаемого через угол Лоде
:
( , ) p
f
,
u
p
,
3
27det( )
cos3
2
ij
u
s
,
где
p – гидростатическое давление,
ij s – девиатор тензора напряжений,
u
–
интенсивность напряжений.
Для насыщения такой поверхности данными требуется разработка и проведение
разнородных простых тестов, в которых будут реализовываться необходимые виды НДС.
Так, простому одноосному сжатию, растяжению и чистому сдвигу отвечают точки
в пространстве
( , )
, равные
1 3, 1 , 1 3,1
и
0, 0
соответственно. Поскольку
в реальных экспериментах, из-за потери устойчивости ввиду наличия трения и, как
следствие, образования бочкообразной формы в тестах на сжатие или развития шейки в
тестах на растяжение, НДС отклоняется от одноосного, то предельное состояние будет
находиться в некоторой окрестности указанных «идеальных» точек, что также является
ценной информацией для построения поверхности.
С целью идентификации параметров на поверхности разрушения для ряда
конструкционных материалов (сталь, алюминий) в ходе исследования была выполнена
серия экспериментов по методу Кольского и его модификациям: на динамическое сжатие,
растяжение и сдвиг. Процесс деформирования образцов дополнительно фиксировался
с помощью съемки высокоскоростной камерой. В результате были получены данные,
демонстрирующие характерные сценарии «вязкого» и «хрупкого» разрушения
при рассмотренных типах нагружения. В дальнейшем выполнялась итерационная
процедура с применением численного моделирования совокупности экспериментов
методом конечного элемента, в результате которой восстанавливались корректные
определяющие соотношения материала и адекватные экспериментальным данным поля
перемещений и деформаций на наблюдаемой в испытаниях поверхности образцов. Такой
подход позволил провести анализ и классификацию НДС во всей рабочей части образцов
на протяжении всей истории нагружения и в момент непосредственно перед началом
разрушения, и получить оценки предельных деформаций в теле образцов.
Работа выполнена по плану госзадания НИИ механики МГУ (121033000070-1).