Экспериментальное измерение момента образования шейки и ее описание с помощью вероятностной модели

Рассмотрено явление локализации деформаций (образования шейки) в растягиваемых плоских образцах при высокотемпературной ползучести. Известно, что локализация приводит к потере несущей способности материала сопротивляться приложенной нагрузке, дальнейшее деформирование происходит в основном в локальной зоне шейки. В подобных испытаниях данный момент определяют только приближенно и теоретически. Проведены экспериментальные исследования плоских образцов алюминиевого сплава с применением оригинального прибора бесконтактных высокотемпературных измерений, позволяющего определять геометрию образца и перемещения точек его поверхности в процессе высокотемпературного эксперимента. Экспериментально получены значения моментов образования шейки при различных начальных растягивающих напряжениях и значениях параметра чувствительности к шейке. Естественный разброс данных по ползучести рассмотрен со статистической позиции. Построена модель плотности вероятности моментов появления локализации на основе закона нормального распределения. Определена теоретическая вероятность образования шейки в заданный интервал времени и описан метод оценки надежности, т. е. работы без образования локализации деформаций

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ (проект №16-38-60200) и гранта Президента Российской Федерации (МК-4321.2018.1)

Литература

[1] Кузнецов А.П., Трубий В.А. Исследование разброса кривых ползучести // ПМТФ. 1972. № 5. С. 188–192.

[2] Chalal H., Abed-Meraim F. Numerical predictions of the occurrence of necking in deep drawing processes // Metals. 2017. No. 7. P. 455–473. DOI: 10.3390/met7110455

[3] Chalal H., Abed-Meraim F. Determination of forming limit diagrams based on ductile damage models and necking criteria // Latin American Journal of Solids and Structures. 2017. Vol. 14. P. 1872–1892.

[4] Swift H. Plastic instability under plane stress // J. Mechanics Physics Solids. 1952. Vol. 1. Iss. 1. P. 1–18. DOI: 10.1016/0022-5096(52)90002-1

[5] Hill R. On discontinuous plastic states, with special reference to localized necking in thin sheets // J. Mechanics Physics Solids. 1952. Vol. 1. Iss. 1. P. 19–30. DOI: 10.1016/0022-5096(52)90003-3

[6] Hora P., Tong L., Reissner J. A prediction method for ductile sheet metal failure in FE-simulation // Proc. NUMISHEET96 Conf. 1996. P. 252–256.

[7] Michel B., Patrice C. Predictions of necking with analytical criteria and comparisons with experimental // Materials Processing and Design. Modeling, Simulation and Applications. NUMIFORM07. 2007. Vol. 908. P. 81–89.

[8] Nirmal K. Constant-load tertiary creep in nickel-base single crystal superalloys // Materials Science and Engineering: A. 2006. Vol. 432. Iss. 1-2. P. 129–141. DOI: 10.1016/j.msea.2006.05.134

[9] Malygin G. Influence of the grain size on the resistance of micro- and nanocrystalline metals against the neck like localization of plastic deformation // Physics of the Solid State. 2011. Vol. 53. Iss. 2. P. 363–368. DOI: 10.1134/S1063783411020168

[10] Srinivas B., Janaki P., Ganesh R. Application of a few necking criteria in predicting the forming limit of unwelded and tailor-welded blanks // J. Strain Analysis. Eng. Des. 2009. Vol. 45. Iss. 2. P. 79–96. DOI: 10.1243/03093247JSA562

[11] Веклич Н.А. Теоретико-вероятностное моделирование процесса ползучести образцов при одноосном растяжении // Проблемы прочности. 2013. № 2. С. 80–90.

[12] Дояр И.А., Пошивалов В.П. Вариант вероятностной оценки времени до разрушения при ползучести // Техн. механика. 2013. № 2. С. 99–108.

[13] Lehmayr B., Staudacher S. A statistical model for scatter representation in stress life curves // FFEMS. 2012. Vol. 35. Iss. 4. P. 347–358. DOI: 10.1111/j.1460-2695.2011.01625.x

[14] Терауд В.В., Валисовский Н.Е. Экспериментальные исследования особенностей локализации деформаций плоских образцов, растягиваемых при высокотемпературной ползучести // Машиностроение и инженерное образование. 2015. № 2. С. 40–47.

[15] Терауд В.В. Экспериментальные критерии образования локализации деформаций ползучести в прямоугольных образцах при высокой температуре // Вестник машиностроения. 2017. № 7. С. 28–34.

[16] Teraud W. Localization of the creep in rectangular samples at high temperature // Russian Engineering Research. 2017. Vol. 37. Iss. 10. P. 850–856. DOI: 10.3103/S1068798X17100215

[17] Баренблатт Г.И., Володченков В.А., Керштейн И.М., Павлов Д.Я. Изотермическое распространение шейки в полимерах. Сопоставление с процессом ползучести // МТТ. 1974. № 5. С. 144–156.

[18] Lokoshchenko A.M. Creep and long-term strength of metals. CRC Press, 2018. 564 p.

[19] Новиков А.П., Воронин А.И., Пурикова И.А., Димитрюк Ю.С. Высокотемпературная ползучесть и длительная прочность жаропрочных сплавов при сложных температурно-временных режимах нагружения. Невинномысск: НГГТИ, 2011. 243 с.

[20] Хохлов А.В. Анализ общих свойств кривых ползучести при ступенчатых нагружениях, порождаемых нелинейным соотношением Работнова для вязкоупругопластичных материалов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2017. № 3. C. 93–123. DOI: 10.18698/1812-3368-2017-3-93-123

[21] Радченко В.П., Небогина Е.В., Андреева Е.А. Структурная модель разупрочняющегося при ползучести материала в условиях сложного напряженного состояния // Вестник Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. 2009. № 1. С. 75–84.

[22] Павлов И.В. Вероятностная модель оценки прочности изделий по результатам испытаний их фрагментов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2009. № 3. C. 66–83.