О влиянии деформаций ползучести материала вращающегося цилиндра на последующее пластическое течение

Обложка
  • Авторы: Фирсов С.В.1
  • Учреждения:
    1. Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук Федерального государственного бюджетного учреждения науки Хабаровского Федерального исследовательского центра Дальневосточного отделения Российской академии наук
  • Выпуск: Том 27, № 1 (2023)
  • Страницы: 102-118
  • Раздел: Механика деформируемого твердого тела
  • URL: https://ogarev-online.ru/1991-8615/article/view/145892
  • DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1955
  • ID: 145892

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Изучается влияние деформаций ползучести на процесс пластического течения в материале на примере задачи вращения цилиндра с внутренней полостью (трубы), на внешнюю границу которого нанесено жесткое покрытие, предотвращающее его расширение в радиальном направлении. Задача решается в рамках теории малых деформаций. Для описания пластических свойств материала используется теория течения с ассоциированным с ним условием максимальных октаэдрических напряжений Мизеса, обобщенным на случай вязкопластического течения. Для описания вязких свойств используется широко применяемый степенной закон Нортона. В области пластического течения скорости необратимых деформаций складываются из скоростей пластической деформации и скоростей деформации ползучести. Из решения случая упругого деформирования получены зависимости для нахождения скорости вращения, при которой в материале цилиндра начнется пластическое течение. Составлена система интегро-дифференциальных уравнений для нахождения перемещений и напряжений в материале цилиндра при заданной скорости вращения и накопленных необратимых деформациях. По результатам численных расчетов получено, что наличие деформаций ползучести приводит к более позднему началу пластического течения, снижению скоростей пластических деформаций, а также к уменьшению области влияния пластического течения.

Об авторах

Сергей Викторович Фирсов

Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук Федерального государственного бюджетного учреждения науки Хабаровского Федерального исследовательского центра Дальневосточного отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: firsov.s.new@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7446-6231

младший научный сотрудник; лаб. проблем создания и обработки материалов и изделий

Россия, 681005, Комсомольск-на-Амуре, Металлургов, 1

Список литературы

  1. Бегун А. С., Буренин А. А., Ковтанюк Л. В. Большие необратимые деформации в условиях изменяющихся механизмов их производства и проблема задания пластических потенциалов // ДАН, 2016. Т. 470, №3. С. 275–278. EDN: WKDEDR. DOI: https://doi.org/10.7868/S0869565216270086.
  2. Буренин А. А., Ковтанюк Л. В. Большие необратимые деформации и упругое последействие. Владивосток: Дальнаука, 2013. 312 с.
  3. Begun A. S., Kovtanyuk L. V., Burenin A. A., Lemza A. O. On the mechanisms of production of large irreversible strains in materials with elastic, viscous and plastic properties // Arch. Appl. Mech., 2020. vol. 90, no. 4. pp. 829–845. EDN: IPUUKS. DOI: https://doi.org/10.1007/s00419-019-01641-x.
  4. Prokudin A. N., Firsov S. V. Antiplane strain of hardening elastoviscoplastic medium // J. Siberian Federal Univ. Math. Phys., 2018. vol. 11, no. 4. pp. 399–410. EDN: XVATFR. DOI: https://doi.org/10.17516/1997-1397-2018-11-4-399-410.
  5. Буренин А. А., Галимзянова К. Н., Ковтанюк Л. В., Панченко Г. Л. О согласовании механизмов роста необратимых деформаций полого шара при всестороннем сжатии // ДАН, 2018. Т. 482, №4. С. 403–406. EDN: YTJEZF. DOI: https://doi.org/10.31857/S086956520003046-3.
  6. Фирсов С. В., Прокудин А. Н., Буренин А. А. Ползучесть и пластическое течение во вращающемся цилиндре с жестким включением // Сиб. журн. индустр. матем., 2019. Т. 22, №4. С. 121–133. EDN: LZHISH. DOI: https://doi.org/10.33048/sibjim.2019.22.412.
  7. Работнов Ю. Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 2014. 752 с.
  8. Gamer U., Lance R. H. Stress distribution in a rotating elastic-plastic tube // Acta Mech., 1983. vol. 50, no. 1–2. pp. 1–8. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01170437.
  9. Gamer U., Mack W., Varga I. Rotating elastic-plastic solid shaft with fixed ends // Int. J. Eng. Sci., 1997. vol. 35, no. 3. pp. 253–267. DOI: https://doi.org/10.1016/S0020-7225(96)00085-7.
  10. Antoni N. Contact separation and failure analysis of a rotating thermo-elastoplastic shrinkfit assembly // Appl. Math. Mod., 2013. vol. 37, no. 4. pp. 2352–2363. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apm.2012.05.018.
  11. Mack W., Plöchl M. Transient heating of a rotating elastic–plastic shrink fit // Int. J. Eng. Sci., 2000. vol. 38, no. 8. pp. 921–938. DOI: https://doi.org/10.1016/S0020-7225(99)00064-6.
  12. Prokudin A. N. Exact elastoplastic analysis of a rotating cylinder with a rigid inclusion under mechanical loading and unloading // ZAMM, 2020. vol. 100, no. 3, e201900213. EDN: SYSSIM. DOI: https://doi.org/10.1002/zamm.201900213.
  13. Прокудин А. Н., Буренин А. А. Упругопластическое деформирование вращающегося сплошного цилиндра из линейно-упрочняющегося материала // ПММ, 2021. Т. 85, №2. С. 172–192. EDN: EDKAMB. DOI: https://doi.org/10.31857/S0032823521020077.
  14. Begun A. S., Burenin A. A., Kovtanyuk L. V., Prokudin A. N. Irreversible deformation of a rotating disk having angular acceleration // Acta Mech., 2021. vol. 232, no. 5. pp. 1917–1931. EDN: UPPSFS. DOI: https://doi.org/10.1007/S00707-021-02942-5.
  15. Прокудин А. Н., Фирсов С. В. Упругопластическое деформирование вращающегося полого цилиндра с жестким внешним покрытием // Вестн. ПНИПУ. Механика, 2019. №4. С. 120–135. EDN: VUXFSF. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2019.4.12.
  16. Прокудин А. Н. Упругопластический анализ вращающегося сплошного цилиндра при условии максимальных приведенных напряжений // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2020. Т. 24, №1. С. 74–94. EDN: LJTYOU. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1737.
  17. Буренин А. А., Ткачева А. В., Щербатюк Г. А. К расчету неустановившихся температурных напряжений в упругопластических телах // Выч. мех. спл. сред, 2017. Т. 10, №3. С. 245–259. EDN: ZHZVHJ. DOI: https://doi.org/10.7242/1999-6691/2017.10.3.20.
  18. Буренин А. А., Ткачева А. В. Эволюция температурных напряжений в задаче Гадолина о сборке двухслойной упругопластической трубы // Вестн. ПНИПУ. Механика, 2020. №3. С. 20–31. EDN: HMUHTT. DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2020.3.03.
  19. Буренин А. А., Ткачева А. В. Кусочно-линейные пластические потенциалы как средство расчетов плоских неустановившихся температурных напряжений // Изв. РАН. МТТ, 2020. Т. 6. С. 40–49. EDN: MFTXER. DOI: https://doi.org/10.31857/S0572329920060057.
  20. Быковцев Г. И., Ивлев Д. Д. Теория пластичности. Владивосток: Дальнаука, 1998. 528 с.
  21. Мосолов П. П., Мясников В. П. Механика жесткопластических сред. М.: Наука, 1988. 208 с.
  22. Ковтанюк Л. В., Шитиков А. В. О теории больших упругопластических деформаций материалов при учете температурных и реологических эффектов // Вестн. ДВО РАН, 2006. №4. С. 87–93. EDN: HZMRVR.
  23. Norton F. H. The Creep of Steel at High Temperatures / Classic Reprint Series. London: Forgotten Books, 2017. 102 pp.
  24. Фирсов С. В. Необратимые деформации вращающегося цилиндра // Изв. АлтГУ, 2018. Т. 102, №4. С. 114–117. EDN: YABMRN. DOI: https://doi.org/10.14258/izvasu(2018)4-21.
  25. Прокудин А. Н., Фирсов С. В. Вязкопластическое течение вращающегося полого цилиндра // Дальневост. матем. журн., 2018. Т. 18, №2. С. 242–260. EDN: YUNRJB..
  26. Буренин А. А., Ткачева А. В. О сборке двухслойной металлической трубы способом горячей посадки // Изв. РАН. МТТ, 2019. №3. С. 86–99. EDN: YPOULA. DOI: https://doi.org/10.1134/S0572329919030073.
  27. Фирсов С. В. Пластическое течение и ползучесть в полом цилиндре с жестким внешним покрытием под действием внутреннего давления // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2021. Т. 25, №4. С. 696–715. EDN: TMRVNH. DOI: https://doi.org/10.14498/vsgtu1877.
  28. Прокудин А. Н., Фирсов С. В. Расчет ползучести вращающегося цилиндра со свободными концами // Вестн. ЧГПУ им. И.Я. Яковлева. Сер. Мех. пред. сост., 2018. №1 (35). С. 63–73. EDN: UVVBZG.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Деформирование упругого материала. Зависимость скорости вращения $\psi_p$, при которой начнется пластическое течение, от положения внутренней полости $\xi=\xi_0$ (a). Место начала пластического течения в зависимости от $\xi_p$ и $\nu$ (b): $in$ - на внутренней полости, $out$ - на боковой поверхности, $both$ - одновременно на внутренней полости и боковой поверхности. Распределение напряжений (c) и перемещений (d) в цилиндре в момент начала пластического течения

Скачать (344KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Деформирование упругопластического материала. Движение упругопластических границ в материале (b). Распределение интенсивности напряжений в определенные моменты времени (a), а также остаточные напряжения (c), перемещения (d) и необратимые деформации (e)

Скачать (547KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Деформирование вязкоупругого материала. Распределение в материале напряжений при $\tau=0.1$ (a) и $\tau=1$ (b), перемещений при $\tau=0.1$ (c) и $\tau=1$ (d) и необратимых деформаций при $\tau=0.1$ (e) и $\tau=1$ (f )

Скачать (482KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Деформирование упругопластического материала с учетом вязких свойств. Движение упругопластических границ в материале (b). Распределение интенсивности напряжений в определенные моменты времени (a), а также остаточные напряжения (c), перемещения (d) и необратимые деформации (e)

Скачать (561KB)
Метаданные

© Авторский коллектив; Самарский государственный технический университет (составление, дизайн, макет), 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).