автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка модели накопления деформационной поврежденности сталей и ее применение в расчетах холодного пластического формообразования

Российская Академия. Ната--------------- ---------------

Б 0"$!еТ!ПУт пробам сверхпластачнести металлов (ИПСМ)

1 Ц ДЕК 1998

На правах рукописи

НАПАЛКОВ АЛЕКСАНДР ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ НАКОПЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ПОВРЕЖДЕННОСТИ СТАЛЕЙ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В РАСЧЕТАХ ХОЛОДНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

Специальность 05. 03. 05 - Процессы и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-1998

Работа выполнена на кафедре "Машины и технология обработки металлов давлением" Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ).

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор ГРЕШНОВ В.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор ШИБАКОВ В.Г.

кандидат физико-математических наук старший научный сотрудник

МАЗУРСКИЙ М.И.

Ведущая организация

Институт Машиноведения УрО РАН, г. Екатеринбург

Защита состоится

на заседании диссертационного Совета К 003.98.01 при Институте

проблем сверхпластичности металлов РАН по адресу:

450001, г. Уфа, ул. Степана Халтурина, 39.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПСМ.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук

В.И. Семенов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ---------------

Актуальность работы. Разрушение металлов является одной из важнейших проблем теории и технологии обработки металлов давлением (ОМД). Теория разрушения (накопления деформационной новрежденности) в технологических операциях и процессах ОМД должна способствовать не юлько получению качественной металлопродукции, но и управлению ее свойствами путем рационализации и оптимизации технологических параметров.

В настоящее время эти вопросы решаются на основе феноменологической теории разрушения. Основы теории были сформулированы членом корреспондентом РАН В.Л. Колмогоровым и получили развитие в работах самого ЗВТЭрО. его у*1СК**КОВ И ПОСЛ

Широкое применение феноменологической теории разрушения сдерживается, по нашему мнению, по двум причинам. Во-первых, экспериментальное определение базовых уравнений теории представляй собой очень трудоемкий, методически сложный эксперимент, который требует сложного спеииялъного оборудования (серийно не изготавливается). Во-вторых, в литературе имеется недостаточное количество работ (в основном это работы самих атороз) по проверке адекватности феноменологической теории разрушения нрч анализе процессов пластического формоизменения со сложным нагружением. Вопрос о достоверности прогнозирования новрежденности особенно актуален в случае анализа многопереходных технологических процессов холодной объемной штамповки (ХОШ), которые протекают в условиях сложного нагружения и немонотонной деформации.

Поэтому, дальнейшее развитие идей вышеотмеченных авторов о природе и теоретическом описании сложного физического явления разрушения металлов, которое позволит повысить точность прогнозирования деформационной поврежденное™ при расчете процессов пластического формообразования, является актуальной научно-технической задачей.

Перспективным подходом к ее решению является использование фундаментальных результатов и методов, полученных и разработанных при исследовании пластической деформации и разрушения в области физики прочности и пластичности.

Цель работы. Сокращение сроков освоения многопереходных технологических процессов ХОШ за счет рационализации технологических параметров путем математического моделирования.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка инженерной физической модели накопления деформационной поврежденное™ при холодной пластической деформации сталей.

2. Определение параметров модели на основе экспериментальных диаграмм деформирования и пластичности сталей.

3. Доработка пакета прикладных программ "ОМД УГАТУ" и экспериментальное и теоретическое исследования адекватности модели накопления деформационной поврежденности в условиях простого и сложного нагруже-ний.

4. Численное моделирование, разработка, рационализация параметров и внедрение в производство технологии ХОШ втулки 2108-2904350 из стали 20.

Методы исследований. В качестве материала исследований были взяты стали: Юки, 20кп, 20, 12ХН, 15ХГНМ, 20Г2Р, 30Г1Р, 38ХА, 38ХГНМ, 40ХН2МА (десять марок), которые широко применяются для изготовления крепежных деталей методами ХОШ. Действительные диаграммы деформирования строили по результатам осадки цилиндрических образцов с коническими проточками на торцах, которые перед деформацией заполняли смазкой. Для исследования эзолюции геометрии шейки при растяжении стандартных круглых образцов применяли поэтапное нх фотографирование.

При определении параметров разработанной в работе модели накопления деформационной поврежденности, касающихся скалярных функций Ф(е() и теории пластичности изотропного материала с анизотропным упрочнением, предварительную деформацию простого растяжения осуществляли волочением*). Последующую деформацию сжатия проводили осадкой цилиндрических образцов, нарезанных из прутков, прошедших волочение, без их обточки.

+) Некоторой немонотонностью деформации при волочении, связаниоН со знакопеременным изгибом волокон пренебрегали.

1 И-ДЛ VI\ Г5 U inuvill l^lUfl ivvnvn jtiv^v^i liUilV<l<tV<liwi ^Yw^iuaifwü^

ной повреждённое™ и параллельно феноменологической модели (вариант Бо-гатова A.A.) осуществляли по результатам математического и физического моделирования деформации в условиях простого и сложного нагружений. Простое нагруженне осуществляли одноосным растяжением стандартных круглых образцов до разрыва. Сложное нагруженне реализовывали по двум схемам. Схема 1: двукратное волочение со средней степенью деформации 20% в каждом проходе; изготовление из npv-rxa образца для растяжения: кручение

образца на уюл 271 и его последующее растяжение до разрыва. Схема 2: поперечная осадка цилиндрического образца в условиях плоской деформации со средней степенью по высоте 56%; изготовление из центральной части полуфабриката образца для растяжения и его растяжение до разрыва.

Данные схемы выбраны исходя из соображении достаточно простого и надежного экспериментального определения факта разрушения, деформированного сосюякия. сил деформирования, диаграмм растяжения, которые сравнивали с теоретическими.

Научвая коатп» работы. Э резульхяи яреасдятаых экспериментальных и тс-ореткиескин. исследований получены новыерезз'льтагы;

!. Разработана пн>:,;-:н'рная физическая модель накопления деформационной повр'-з.ть'ниосги при \слоднои п::асти1,еской реформации сталей, удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к инженерным моделям.

2. В рамках данной модели установлено, что гтри .голодной пластическом деформации сталей зарождение миксо трещин происходит силовым способом без участия термической активации, то есть локальные напряжения в голове заторможенного плоского дислокационного скопления достигают значения теоретической прочности,

3. Показано, что критическая плотность микротрещин, при которой происходит их объединение в макротрещину, зависит от показателя жесткости напряженного состояния. С уменьшением последнего критическая плотность микротрещин увеличивается. Для труппы сталей с содержанием углерода до 0,4% и легирующих элементов до 4% предложена аппроксимапионная зависимость для критической плотности микротрещин.

4. Установлено, в рамках проведенных исследований, что феномеиоло-

гическая теория деформируемости в процессах со сложным нагружением (ломаные траектории деформации) дает ошибку в определении деформационной поврежденности до 60%.

5. Показано, что разработанная инженерная физическая модель накопления деформационной поврежденности позволяет делать адекватный экспериментальным данным прогноз вероятности разрушения как в рассмотренных процессах с простым, так и сложным нагружением, то есть модель учитывает историю нагружения.

Практическая ценность заключается в доработанном на основе инженерной физической модели накопления деформационной поврежденности сталей ППП для ПЭВМ, который обеспечивает при численном моделировании процессов ХОШ определение напряженно-деформированного состояния с учетом деформационной анизотропия и расчет деформационной поврежденности с высокой точностью. В определенных, для большой группы сталей, параметрах модели и в разработанном и внедренном в производство, с положительным экономическим эффектом, технологическом процессе ХОШ втулки приварной.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на : XXVI Международном научно-техническом совещании "Динамика и прочность двигателей" (Самара, 1996); Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (Москва, ¡996); Всероссийской научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии листовой и объемной штамповки" (Ульяновск, 1997); П Международной научно-технической конференции "Проблемы пластичности в технологии"(Орел, 1998), а также на научных семинарах Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) и института механики Уфимского научного центра РАН.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 8 научных трудах, которые включены в список литературы. Две работы приняты к опубликованию редакцией журнала "Проблемы прочности" и находятся в печати.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения, занимает 139 страниц и включает 34 рисунка и 6 таблиц, список литературы содержит 129 иеючника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ-РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные, выносимые на защиту, результаты работы, их научная новизна и практическая ценность,

В первой главе на основании литературных данных приводятся результаты и научные положения, лежащие в основе современных представлений о деформируемости, накоплении деформационной поврежленности и рл-руше-нии металлов, которые получены и сформулированы в области физики прочности и пластичности и механики пластической деформации и разрушения. Выделены основные фундаментальные результаты и положения, которые должны быть положены ь основу дальнейшего развития модельных представлений о разрушении.

В работах Журкова С.Н., Трефиловз В.И., Орлова А.Н., Идеибома 8.Л., Степанова S.A.. Владимирова З.И., Рыбина В.В., Лихачева S.A., Ивановой ВС., Панина В.п.. Бстехтикс В.И. с сотрудниками и др. показано, ччо ткшьлжи&я деформации я ppspyuieiwc четаяпов - епь единый, кинеткче-жш, mhoi ооелккчмй, гврчичтекм ь мелйначески активируемый неравновесный пропсы. Мukdovcumiuмы гыьстчгсгой деформапм» и разрушения iгене »зяпмо'-влзавы. Заиождечис очагов разруыения (субчикро- и чикротре-ивш) »месг дислокационную природу и начинается на первых стадиях деформации. Далее плотность микротрещин увеличивается и, при достижении критического значения Лл'кр:-Ю''...I0;-x\f-, происходит их объединение а

макрогрицпау. На стадии накопления рассеянных микротрешин, при определенных термомеханических условиях деформирования, микротрещины могут исчезать (залечиваться).

3 зеорию ОМД кинетические представления о разрушении были введены, как уже отмечалось, Колмогоровым В.Л. Опираясь на результаты работ предшественников (Губкин С.И., Зайков М.А. и Перегятько В.Н., Смирнов-Аляев Г.А. и Розенберг В.М., Пресняков A.A. и Чижиков Ю.М., Дзугутов М.Я. и др.) им были сформулированы основы феноменологической теории деформируемости, введена скалярная мера ловрежденности у, названная степенью использования запаса (ресурса) пластичности, и определены условия

разрушения. Теория получила развитие в работах самого автора, его учеников и последователей (Богатое A.A., Мижирицкий О.И., Смирнов C.B., Гасилов B.J1. и др.), а также в работах Деля Г.Д., Огороднихова В.А. и др. В настоящее время в практике инженерных расчетов процессов ОМД наиболее часто применяется вариант теории, предложенный Богатовым A.A. с соавторами.

Разными авторами в разное время были предложены энергетические (Соколов Л.Д. и Скуднов В.А. и др.), кинетические (Скуднов В.А.) и тензорные (Наймарк О.Б., Дель Г.Д., Михалевич В.М. и др.) модели разрушения. Однако они еще не получили развития, достаточного для практического использования, поэтому имеют, на сегодняшний день, только научное значение.

Дальнейшее развитие теории деформируемости должно быть направлено на упрощение системы базовых экспериментов и повышение точности учета истории нагружения при анализе процессов со сложным нагружением и немонотонной деформацией.

Необходимо заметить, что феноменологическая теория разрушения имеет еще одну трудность. Скалярные меры поврежденности в ней являются по определению существенно положительными. Опыт же показывает, что на отдельных этапах деформирования приращение поврежденности может быть величиной отрицательной.

Прогнозирование деформационной поврежденности проводится на основе определения характеристик напряженно-деформированного состояния (НДС). Поэтому точность оценки поврежденности, в первую очередь, зависит от точности расчета НДС. В этой связи, при постановке краевой задачи пластичности при анализе процессов ХОШ, необходимо использовать инженерную физическую модель холодной пластической деформации, которая была разработана Грешновым В.М. с соавторами на основе метода, предложенного ранее Ивановым М.А. и Гринберг В.А. Модель позволяет учитывать деформационную анизотропию при определении НДС. Перспективным, для теоретического описания поврежденности, является развитие указанной модели.

Выше изложенное определило цель и задачи настоящей работы.

Вторая глава посвящена обоснованию выбора марок сталей, взятых в качестве материала экспериментальных и теоретических исследований и изложению методик исследований.

В третьей главе излагается приближенная физическая модель ннкопле-

Н!1Я дефор;/2Пион;:сГ: П02ре:тсдг::::с£г:: спрсдсллгсгся се параметры для случая холодной пластической деформации сталей.-Схема теоретического описания пластической деформации, основанная на учете взаимного превращения дислокаций, развита до схемы взаимного превращения дефектов кристаллического строения разного типа в едином процессе пластической деформации и разрушения (рис. I).

барьерами и ставшие неподвижными дислокации в могут не только срываться с барьеров с чпс-

Рис. 1. Схема взаимного превращения дефектов кристаллического строения в едином процессе пластической

деформации г разрушения.

?огоц V и яцциг<и!>рова'.ь с часто »ой V,.,. яра обходе барьере», не» к »рада?!.« я м'->кр':пре:'!;,мы Ш с частотой Микротрещины уог-,-; зчдс-41 ззт!,сз час ^ от о-П V ;. испуская :! решетку т чок дислокаций.

Соотвстсгиуюыая с>т\:е и усзакоянмаейсч деформации система кинетических уравнена» детального баланса средних плотностей дефектов и физических уравнений связи макрохарактгристик пластической деформации и ха-рак«ерисгик структуры материалов. взятых в простой форме, имеет вид

Ф, / х о)

<Й

■1 — п . г\ л; . \

т тс! >

= РдУдз- Рз(Узд+УзГ + Узт),

а,Р3узт -

ё = Ь-о-рд.

0 = атСЬд/р7,

(2)

(3)

где рз, рд, - средние скалярные плотности неподвижных и подвижных

дислокаций и микротрещин; а=10'5 - параметр, учитывающий разную природу дислокаций и микротрещин и числено равный средней длине микротрещин; t - время деформации до заданной степени деформации Б; £-скорость

пластической деформации; Ь и I)- средние по дислокационному ансамблю модули вектора Бюргерса и скорости движения подвижных дислокаций; О -напряжение; ОС - коэффициент, имеющий значения для разных металлов и сплавов в пределах 0,2... 1,0; ГП - 2,7...3,1 - фактор Шмида для поликристаллов; С - модуль сдвига.

Решениями системы (1-4) в линейном приближении для монотонной деформации, простого нагружения жестко-пластического тела и общего случая НДС, при начальных условиях 1=0, Р8— рз0, Мт = являются

уравнение пластической деформации (скалярное соотношение) и уравнение накопления скалярной плотности микротрещин

2

О; = агпОЬ<

. г \ -4

-1

—¿Г ехр Т^о +Р50

>

С®» '

ехр -'-Ус

)

(5)

<М£1>Узта (ашОЬ)2Утд

ехр

гас!

Vе)

(6)

ехр

V

тс1

где - накопленная, в процессе деформации до средняя плотность микротрещин; - исходная (до деформации) в материале плотность мик-

ротрещин; У0 = + (при очевидном У5т « Удд + У£г) - суммар-

! |

rí¿K ЧаС iO id mÍiCj аЫ^ь wtOIUIwkt'U) Sj /Sj ,

X-vl Vos - средняя длина свободного пробега подвижных дислокаций;

ps0 - начальная в материале плотность неподвижных дислокаций: Ol% £¡ а

£-,- интенсивности напряжений, деформаций и скоростей деформаций соответственно.

Уравнение (6) позволяет естественным образом использовать физические грнтернц деформирования -элементарного объема без разрушении и разрушения. Введем параметр

= Nra/NKp,

где — i О''... ¡ w см ¿ - критическая скалярная плотность микротрещин,

равная суммарной длине всех мнкротрещнн (средняя длина 10"-5 см) в единице

объем?.

Скалярную м?ру яоп.рс.;-дечн^'/т у" можно тракюрачь как cTcnti.v. ;íг-нр~г-:-f*■-í■v о> :т?г:ек>, псиог-лод^чпз ресурса ддастичнсст'! или 83ГС!.'Г-коль -.п-р-Ф^зрушепн». 1 огд« ?ыше>>т»кпен:1ь:е усяоакя буду г иметь гид 'vj: ■ : о - V"' - : í!

ií>Becn;o, чп. в условиях перке'ктенли процесса пластичяскси деформации и разрушения час юты взаимного превращения дефектов описываются МОДИфгшнрОЕР.ТТТТЫМ УГГ.ЕН0:!Иек.< Но,7Ь!!М31!:!

/

U -о\СЬл

vo = Vexpj- j, Vsm = v°mexp

ke

(9)

= г'' ке

1де V0, У°т и - предэкспоненциальные множители, которые, как правило, не зависят от температуры; 11, изгл и и^ - энергии активации элементарных процессов срыва неподвижных дислокаций с барьеров, образова-

J

ния и залечивания микротрещин соответственно; СЬ3, АЬ3 И ВЬ3 - акти-вационные объемы соответствующих элементарных процессов; Ь3 - атомный объем; С, А и В - коэффициенты перенапряжений; к- постоянная Больцмана;

0 - термодинамическая температура.

При этом и°т £0,5.ОЬ3 - энергия сублимации, У и и^ - энергия активации миграции вакансии =—

6

В условиях холодной пластической деформации О и пластичность не зависят от £ . Скорость деформации можно исключить из (5) и (6), если положить

У0=КЕ, У5т = к-т8, Уг^=ктй£, О«)

где К, к5т, кта - коэффициенты пропорциональности.

Из сравнения (10) и (9), с учетом размерностей величин, следует

/

. к5т=ехР

( и-СТ:СЬ3^ , ( и® -аЛЬ3^

к = ехр| —:— 1Ч к0

к^ехр-

кв к0 )'

(П)

и представляют собой вероятности срыва неподвижных дислокаций с барьеров, зарождения и залечивания микротрещин соответственно.

Для учета деформационной анизотропии при расчете процессов холодной деформации, в работах Грешнова В.М. с сотрудниками, на основе результатов экспериментального исследования эффекта Баушингера при развитых деформациях и модели (5), получены выражения для скалярных функций теории пластичности изотропного материала с анизотропным упрочнением Кадашевича Ю.Н. и Новожилова В,В.

;

*) Здесь Ее расшлтрш»4л>тся сьсрхшлсшчсскде и высокоскоростная дсфсрмацпв.

Ф(е,-

— , «TñGb й(Ь/-„) '[expfr..)' \}-,х :íy.(s.) = <-. --------

[ exp(e¡)

•(Pio-A^)-

,(12)

1

amGb i

ехр(в;)

>, (И)

j

где A - коэффициент пропорциональности, зависящий от химического

Л/2

состана материала;

_ / н 4

a.niGbjpS0+A£i i = - предел текучес"

и при

сжатии после предварительной деформации растяжения до С у чего ч (12) и (!!) уравиеггце (6) примет вид

Г Л 1 , ч •

¡ СЧЙ л

(amGbi'k^j *

evp(krad-E,)

При N = "Значение £: в (;4) соо!ветс'1вуе1 преле.д>ной степени

деформации — Лр /Ч'З .

Лля использования (!4) и критериев (8) п технологических расчетах необходимо иметь информацию о коэффициентах С, А нов (11). В физике прочности и пластичности эта задача па уровне модельных представлении еще не решена. Известны лишь порядки этих величин. Компьютерной обработкой экспериментальных диаграмм деформирования, диаграмм пластичности- сталей Юкп. 20кп, ?8ХГНМ и имеющихся в литературе аппроксимаций

диаграмм пластичности других сталей установлено, что К и кзт в (Н) равны

единице и к$т не зависит от показателя жесткости напряженного состояния з широком диапазоне его варьирования (рис. 2).

ФйК1 кап—1,С , согласно (П) означает и^ — * АЬ', д.е. зарож-к

дение микротрещин при холодной пластической деформации сталей происходит силовым способом (без участия термической активации). Необходимая энергия активации достигается работой среднего напряжения С ¡. Коэффициент перенапряжения А в голове

^ти) 1.0-

!\

! \к 1 ■ г»

«ердее | 4 Юш -г *20кп ; * 38ХГШ;

Т

Рис. 2. Зависимости вероятностей образования и залечивания микротрещян в сталях ог показателя жгсткоста напряженного состояния, заторможенного

плоского дислокационного скопления таков, что локальные напряжения (сТ; А^ достигают значения теоретической прочности.

Найденные аналогичным образом зависимости к (к) (рис, 2) были усреднены и аппроксимированы уравнением

Решением обратной задачи с использованием (15) было установлено,

что И,.,, в исследованном диапазоне изменения к возрастает с его уменьше-кр

нием от 10^ до 107 см"*, (рис. 3). Это соответствует физике процесса разрушения. Данную зависимость в интервале значений к 6 £—2,5; 1 ,о| аппроксимировали уравнением

Ккр = -6,025 • 105 • к3 - 3 • 106 к2 - 3 • 106 к + 8 -10б, [см-*]. 6)

(15)

Приняли, при к < -2,5, N =107см-2,

кр

при

к > 1,0.

-2-1 о 1 к

Рис. 3. Зависимость критической плотности микротрещин от пскеттеггя жесткости иапояже.-шого сосго«кяя.

111? М 1 (С С Л V л О В 3 Н> и.

Ккр = 105см-2.

Вопрос о применимости уравнений (15) и (16) для других материалов нуждается Г. ДО..!(!.:ч!П<гль-

1ЛЯ р^СЧСТи ПС1>СИ,ЕО.-ТН В -фОЦ.'С^йл СО ■ -1V);:.-.! '>.11 ' • ^ ^ с;:•. 7'1 ';

обходили) иметь уравнение ;ш приращения плотности ^кротрешин. Оно по-;нчнегея на основе уравнений (2). (4) г. (12) в виде

где приращение плотности микрофешин на 1-м этапе нагружения;

N л

^ - накопленная частицей плотность микротрещин за (1-1) этапов на-гружения: к^эд- вероятность залечивания мнкротрещнн на 1-м этапе на-

гружения: 'асУ - ишенснвность приращения пластической деформации на 1-я этапе нагружения.

При этом

п

Кш(п)= (18)

¡=1

где интегрирование ведется по пути деформирования (как и определение параметра Удквиста).

Нга(0

В этом случае под =-—, где определяется по (18) и (¡7),

Л кр(1)

а по (¡6), следует понимать мгновенную степень поврежденности

частицы на 1-м этапе деформирования.

Из (17) следует, что на отдельных этапах деформирования, протекающих в условиях мягких схем, приращение плотности микротрещин может быть величиной отрицательной.

Из (18) вытекает, что принцип суммирования в разработанной модели накопления повреждс-нности, в отличие от феноменологической теории, применяется непосредственно к элементарным физическим носителям повреаден-ности - микротрещинам.

Понятно так же, что разработанная модель (18), (17) совместно с (12). (¡3) и определяющими уравнениями теории пластичности изотропного материала с анизотропным упрочнением

позволяет последовательно учесть историю нагружения при анализе многопереходных технологических процессов ХОШ сталей.

Для решения краевой задачи технологической пластичности, включающей и определение поврежденное™, с использованием разработанных моделей (12)-(18) и (7), (8) требуется достаточно простой базовый эксперимент. Из экспериментально полученной диаграммы деформирования материала с использованием (5) определяются р"0 и Я. н. По экспериментально

найденному пределу текучести на сжатие образцов, нарезанных из прутка, полученного, например, волочением исходного материала со средней степенью

деформации из диапазона (10...50%), по_____уравнению____________________

GtrnGb(p"0 + A£j| определяется коэффициент А. Волочение

можно проводить на универсальной испытательной машине.

Новую формулировку краевой задачи, включающую как классические уравнения механики пластической деформации (теории пластичности), так и выше перечисленные физические уравнения, следует рассматривать как единую физико-математическую теорию ruaci ¡¡четкого формообразования. Новая формулировка задачи, по сравнению с классической, позволяет упростить решение и повысить точность анализа операций и процессов ОМД.

Четвертая глава посвящена результатам экспериментальной проверки инженерной физической модели накопления деформационной поврежден-ности сталей. Вышеотмеченную краевую задачу технологической пластичности в настоящее время целесообразно решать методом конечных элементов (МКЭ>. Fro основные преимущества - высокая точность и универсальность. Псотаму ранее разработанный ППП 'ОМД У ГА ТУ" был дорабошн г час! и расчета ¿¿формационной яоврежденносги. Задача решается ме солом МЮ в Форм* прямого метода матриц жесткости в приращениях пгрсчсшеиий. Ли-иеариюния проводится с использованием одного из методов упругих решений - метода дополнительных деформаций. Граничные кинематические и динамические условия в ряде, случаев задавали с использованием резульготос фшлче-ского моделирования. Начальные условия при численном моделировании каждой последующей операции задавали с учетом истории деформирования на предыдущих операциях. Там где требовалось, трение учитывали по закону Кулона с коэффициентом трения 0,2.

Результаты для случая простого нагружения показаны на рис. 4, сложного нагружеиия по схеме 2 - на рис. 5. В случае простого i-шружения феноменологическая и физическая модели предсказывают вероятность разрушения с одинаковой точностью и адекватно эксперименту (к моменту разрыва образца значения 0) и '<{/* равны единице в центральной части наименьшего сечения шейки). При этом по мере удаления от наименьшего сечения значения 0) и \|/ различаются тем больше, чем меньше и CTq. При малых к СО на-

растает медленнее, чем \1/ , но интенсивность роста © резко увеличивается при больших к.

В случае сложного (многоэтапного нагружения) на первом этапе (поперечная осадка, которая протекает в условиях простого нагружения) значения Шиу* близки (рис. 5), но на следующем этапе растяжения существенно различаются

(рис. 5 б). Если Ц}' в момент разрыва образца в центральной части наименьшего поперечного сечения |пояе£0 раЕна единице, тс ' ~

© =0,423. Аналогичные результаты были получены и

при сложном натру- Рис. 4. Поля накопленной интеншБКОстн деформации (1-ая

четверть), среднего напряжения (Ц-ая четверть), по-жении по схеме 1. врежденность (феноменологическая теория) (Ш-я чет-

Таким обра- верть), степени поврежденности (физическая модель)

(1У-ая четверть) в шейке в момент разрыва круглого зом, в рамках прове- образца из стали ¡5ХГНМ.

денных исследований, феноменологическая теория деформируемости надежно работает в условиях простого нагружения. В процессах со сложным яагру-жением я немонотонной деформацией (ломаные траектории деформации) погрешность в оценке вероятности макроразрушения составляет до 60%. Физическая модель позволяет оценивать поврежденность с высокой точностью как в условиях простого, так а сложного нагружений.

Достоверность определения характеристик НДС подтверждается хорошим совпадением экспериментальных и теоретических индикаторных диаграмм растяжения и сил деформирования при волочении и осадке.

ш

Позе (То, Попе S¡

МПв ---------

ОЛЗЗУ*

■щт^штш^. гЩ^6

10.120 ¡О.ЦО

И ' I

III "IV

Г 6.5

.0.0

а)

0.0

29.21 им

_кесто аырежн обрвзцоа

■1347-

!.3€4

Ш65уии

Г « ^

I 1

---

аицл Л

- 1

йми*

0.274

О.Хй*

5.880.

9.66«

! Пот.- го 1

иш1-и

л.......

II] I

.... - о.о 1

Рис. 5. Поля Со> о> и «/ при поперечной осадке цилиндра а) и последующем растяжении б), изготовленного из осаженного полуфабриката круглого образца, к моменту разрыва из стали 20.

\

В пятой главе приводятся результаты численного моделирования, рационализации параметров в рамках единой физико-математической теории пластического формообразования и внедрения технолог ическог о процесса ХОШ втулки приварной из стали 20 болта крепления переднего кронштейна растяжки к кузову в автомобилях ВАЗ.

Результаты приведены на рис. 6. Разработанная технология (до этого втулка изготавливалась точением) внедрена на ОАО "Автояормаль" (г. Бгл^бей, Башкортостан) с экономическим эффектом 299952 тыс.руб в пенах 1997 года.

Рис. 6. Поля Е| и у* по переходам ХОШ втулки приварной:

а) переходы, разработанные на основе имеющихся технологических рекомендаций

и производственного опыта (страчками показаны места возникновения макротрещин);

б) рационализированные на основе разработанной теории переходы штамповки.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ______________________

!. Разработана инженерная физическая модель накопления деформационной поврежденности при холодной пластической деформации сталей.

2. Определены параметры модели для десяти марок сталей, которые широко применяются при ХОШ крепежных изделий, что делает возможным ее использование при решении задач технологической пластичности.

3. Установлено, в рамках данной модели, что при холодной пластической деформации оален зарождение чихретрещин происходит силовым способом без участия термической активации, т.е. локальные напряжения в голове заторможенного плоского дислокационного скопления достигают значения теоретической прочности.

4. Показано, что критическая плотность микротрещин, при которой происходит их объединение в макротрещину, зависит от показателя жесткости напряженного состояния. С уменьшением последнего критическая плотность микротрешин увеличивается. Для гр>шш сталей с соц-ржанием угдерогп до 0,4 >- и легирующих зтементов до 4 "' предложена аппроксимацвониа.ч семость для ¡сршической плотности чикротречшн. доа «верность лсюсой подггерждеча как решением тестовых задач пластичности, так и расчетом я промышленным опробованием многопереходного технодот ячеек о; о процесса ХОШ детали втулка.

5. Экспериментальными и теоретическими исследованиями доказано, что в рассмотренных процессах со "ожы.! нагру-шшеч {ломаны*- траектории деформации) феноменологическая теория деформируемости дает ошибку в определении деформационной поврежденности до 60%.

6. Установлено, что разработанная инженерная физическая модель накопления деформационной поврежденности, в рамках проведенных исследований, позволяет делать адекватный экспериментальным данным прогноз вероятности разрушения как в процессах с простым, так и сложным нагружени-ем.

7. Проведено численное моделирование с использованием разработанной модели накопления деформационной поврежденности и рационализация параметров технологии ХОШ втулки приварной. Технологический процесс внедрен на ОАО "Автонормаль" (г. Белебей. Башкортостан) с годовым

экономическим эффектом 299952 ть'с. руб. в ценах 1997 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В РАБОТАХ:

1. Грешнов В.М., Лавриненко Ю.А., Напалков A.B. Инженерная физическая модель пластически деформируемых металлов (скалярное соотношение) // Кузнечно-штамповочное производство. - 1998. - N 5. - С. 3-6.

2. Грешнов В.М., Лавриненко Ю.А., Напалков A.B. Инженерная физическая модель эффекта Баушингера и определяющие уравнения изотропного материала с анизотропным упрочнением (тензорное соотношение) // Кузнеч-но-штампсвочаос производство. -1998. - N б. - С. 3-6.

3. Грешнов В.М., Лавриненко Ю.А., Напалков A.B. Инженерная физическая модель деформируемости металлов // Кузнечно- штамповочное производство. - 1998. - N 7. - С. 5-9.

4. Грешнов В.М., Напалков A.B., Сафин Ф.Ф. Теоретические основы расчета механических свойств в деталях, полученных холодной штамповкой // В сб. тезисов докладов XXVI Международного научио-техннческого совещания "Динамика и прочность двигателей". - Самара, 1996. - С. 46-47.

5. Свидетельство РосАПО N 960231; Россия. Среда для численного моделирования процессов пластического формообразования материалов / В.М. Грешнов, A.B. Боткин, О.В. Голубев, A.B. Напалков (Россия). -

Заявка N 960128. - Зарегиир. 10.06.96.

6. Грешнов В.М., Лавриненко Ю.А., Напалков A.B., Сафин Ф.Ф. Инженерные физические модели материала и деформируемости материалов 1! В сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии". - М.: МАТИ, 1996. - С. 43.

7. Грешнов В.М., Боткин A.B., Лавриненко Ю.А., Напалков A.B. Применение модели изотропного материала с анизотропным упрочнением при численном моделировании процессов холодной объемной штамповки // В сб. тезисов докладов Всероссийской научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии листовой и объемной штамповки". - Ульяновск, 1997.-С. 22-23.

8гГрешпсв В.М.7Боткин"А".В.","Напалков А.В!Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов ОМД на основе единой физико-математической теории пластического формообразования // В сб. тезисов докладов II Международной научно-технической конференции "Проблемы пластичности в технологии''. - Орел 1448 - ( 6-7 .

Подписано к печати 17.11.98. Формат 60x84 1/16

ТЗучцгг! \ г[ечзть птаекзя.

Уч. изд. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ 471. Бесплатно.

;

¡¡пере

Уфимская типография N 2 Министерства печати и массовой информации Рсс пу бли к и Б а ьч к орто ста н

450000, Уфа - центр, ул. К.Маркса, 12

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ Н АКОПЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ПОВРЕЖДЕННОСТИ СТАЛЕЙ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В РАСЧЕТАХ ХОЛОДНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ

05.03.05 - процессы и машины обработки давлением

на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

НАПАЛКОВ АЛЕКСАНДР ВАЛЕРЬЕВИЧ

Диссертация

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук,

профессор ГрешновВ.М.

Уфа-1998 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ.............................4

Глава 1. ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ МЕТАЛЛОВ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ

МОДЕЛИ НАКОПЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ

ПОВРЕЖДЕННОСТИ.......................10

1.1. Современные представления о физической природе разрушения и деформируемости металлов...........10

1.2. Феноменологические модели разрушения металлов в процессах пластического формообразования.......18

1.3. Теоретическое описание предельной пластической деформации ...........................26

1.4. Теоретические основы математического моделирования технологических операций холодной объемной штамповки (ХОШ).........................29

1.5. Постановка задач исследования. ..............39

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.........................41

2.1. Материал исследований...................41

2.2. Методика экспериментального изучения диаграмм деформирования и эффекта Баушингера в сталях при больших пластических деформациях............43

2.3. Методика определения геометрии шейки растягиваемых цилиндрических образцов.................. 49

2.4. Методика деформирования образцов в условиях сложного нагружения.......................53

2.5. Математическая обработка экспериментальных данных . 56 Глава 3. РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОСТИ ПРИ ХОЛОДНОЙ

ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ СТАЛЕЙ.........58

3.1. Модель накопления деформационной поврежденности, основанная на учете взаимного превращения дефектов кристаллического строения.................58

3.2. Определение параметров модели на основе экспериментальных диаграмм деформирования и пластичности сталей ........................................67

3.2.1. Определение параметров модели на основе экспериментальных диаграмм деформирования.....67

3.2.2. Определение параметров модели на основе экспериментальных диаграмм пластичности.......73

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МОДЕЛИ НАКОПЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ПОВРЕЖДЕННОСТИ СТАЛЕЙ................ 81

4.1. Алгоритм линеаризации задачи пластичности с учетом деформационной анизотропии на основе метода дополнительных деформаций ...................81

4.2. Простое нагружение.....................88

4.3. Сложное нагружение.....................99

Глава 5. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И

ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ХОШ

ВТУЛКИ ПРИВАРНОЙ 2108-2904310 ИЗ СТАЛИ 20.....115

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ......................125

ПРИМЕЧАНИЯ ..........................127

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК . ............. 128

ПРИЛОЖЕНИЕ ..........................139

ВВЕДЕНИЕ

Разрушение металлов является одной из важнейших проблем теории и технологии обработки металлов давлением (ОМД). Теория разрушения (накопления деформационной поврежденности) в технологических операциях и процессах ОМД должна способствовать не только получению качественной металлопродукции, но и управлению ее свойствами путем рационализации и оптимизации технологических параметров.

Анализ, рационализация и оптимизация технологических параметров операций и процессов ОМД традиционно базируются на основных положениях теории пластичности и феноменологической теории разрушения. В свете тенденций развития современной технологии ОМД (максимальная экономия материальных и энергетических ресурсов при производстве сложнопрофильных деталей с заданным уровнем свойств) основная проблема традиционного подхода заключается в сложности последовательного учета истории нагружения при определении напряженно-деформированного состояния (НДС) в случае анализа последовательности формообразующих операций холодной объемной штамповки (ХОШ), протекающих в условиях немонотонной деформации и сложного (непропорционального) нагружения. Эта проблема получила решение в работах Грешнова В.М. с соавторами [94, 96, 1]. Однако при прогнозе разрушения продолжает оставаться актуальной.

Интенсивное развитие современной вычислительной техники открывает качественно новые возможности при анализе пластического формообразования, разработке новых технологий и оценке качества металлопродукции. На сегодняшний день известны пакеты прикладных программ (ППП) для математического моделирования технологических операций ОМД: DEFORM, ANTARES, MARC/Autoforge (США); Forge 2/3

(Франция); FORM 2D, РАПИО, ШТАМП (Россия) [2-5]. Оценка деформационной поврежденности в этих программах или отсутствует или осно-

вана на механике разрушения - теориях предельного состояния (M.G. Cockroft, D. J. Latham, F.A. McKlintock, S.N. Shah, S.I. Oh, S. Kobayashi,

C.H. Lee, И.й. Трунина, Г.П. Черепанова, Дж. Райса и др.) [6— Î1]. Эти теории позволяют прогнозировать разрушение в задачах с малыми упруго-пластическими деформациями.

Задачи прогнозирования разрушения и качества металлопродукции в процессах и операциях пластического формообразования, для которых характерны большие пластические деформации, решаются в рамках феноменологической теории разрушения, основы которой были заложены членом корреспондентом РАН В.Л. Колмогоровым [12] и получили развитее в

работах самого автора [13—17], его учеников и последователей [18—21].

Несмотря на интенсивные исследования в этом направлении в последние 20...25 лет [22—41], задача последовательного учета истории нагру-

жения в феноменологической теории разрушения еще до конца не решена. Эта проблема особенно актуальна при разработке многопереходных технологических процессов ХОШ, которые протекают в условиях немонотонной деформации и сложного нагружения.

Возможным направлением решения отмеченной проблемы является рюпользование положений и методов физической теории прочности и пластичности металлов, которая в последние годы получила хорошее развитие,

в том числе в работах отечественных исследователей [42—49]. Основополагающими результатами здесь являются: установление кинетической природы прочности твердых тел; дислокационных механизмов зарождения микротрещин и закономерностей их эволюции при пластической деформации.

Из выше сказанного следует, во-первых, что современный уровень развития феноменологической теории разрушения металлов в процессах большой пластической деформации в ряде случаев не позволяет делать адекватные прогнозы о вероятности макроразрушения в процессах пласти-

ческого формообразования. В этой связи задача дальнейшего развития расчетных методов с целью сокращения сроков освоения многопереходных технологических процессов ХОШ является актуальной. Во-вторых, возможным подходом к решению отмеченной задачи является построение инженерной физической модели накопления деформационной поврежден -ности сталей и ее использование при решении конкретных задач пластичности в рамках единой физико-математической теории пластического формообразования.

Исходя их этого, целью данной работы явилось сокращение сроков освоения многопереходных технологических процессов ХОШ за счет рационализации технологических параметров путем математического моделирования.

Для достижения этой цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработка инженерной физической модели накопления деформационной поврежденности при холодной пластической деформации сталей.

2. Определение параметров модели на основе экспериментальных диаграмм деформирования и пластичности сталей.

3. Доработка пакета прикладных программ "ОМД УГАТУ" и экспериментальное и теоретическое исследование адекватности модели накопления поврежденности в условиях простого и сложного нагружений.

4. Численное моделирование, разработка, рационализация параметров и внедрение в производство технологии ХОШ втулки 2108-2904310 из стали 20.

В качестве материала исследований были взяты десять марок сталей: Юкп, 20кп, 20, 12X11, 15ХГНМ, 20Г2Р, 30Г1Р, 38ХА, 38ХГНМ, 40ХН2МА, которые широко применяются для изготовления крепежных изделий методами ХОШ.

Механические испытания на растяжение и осадку проводили на универсальной испытательной машине 1231 У-10. Численное моделирование

технологических операций ОМД осуществляли методом конечных элементов (МКЭ) в форме прямого метода матриц жесткости.

В процессе решения поставленных задач исследований были получены новые научные результаты, которые заключаются в следующем:

1. Разработана инженерная физическая модель накопления деформационной поврежденности при холодной пластической деформации сталей, удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к инженерным моделям.

2. В рамках данной модели установлено, что при холодной пластической деформации сталей зарождение микротрещин происходит силовым способом без участия термической активации, т.е локальные напряжения в голове заторможенного плоского дислокационного скопления достигают значения теоретической прочности.

3. Показано, что при холодной пластической деформации сталей критическая плотность микротрещин, при которой происходит их объединение в макротрещину, зависит от показателя жесткости напряженного состояния. С уменьшением последнего критическая плотность микротрещин увеличивается. Для группы сталей с содержанием углерода до 0,4 % и легирующих элементов до 4 % предложена аппроксимационная зависимость для критической плотности микротрещин.

4. Установлено, в рамках проведенных исследований, что феноменологическая теория деформируемости в процессах со сложным нагружением феноменологическая теория деформируемости дает ошибку в определении деформационной поврежденности до 60%.

5. Показано, что разработанная инженерная физическая модель накопления деформационной поврежденности позволяет делать адекватный экспериментальным данным прогноз вероятности разрушения как в рассмотренных процессах с простым, так и сложным нагружением, т.е. модель учитывает историю нагружения.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

1. Инженерная физическая модель накопления деформационной по-врежденности при холодной пластической деформации сталей.

2. Результаты математического и физического моделирования пластической деформации образцов в условиях простого и сложного нагруже-ний с применением разработанной и феноменологической моделей накопления деформационной поврежденности.

3. Доработанный ППП "ОМД УГАТУ" для ПЭВМ расчета напряженно-деформированного состояния и деформационной поврежденности в процессах ХОШ сталей в рамках единой физико-математической теории пластического формообразования.

4. Результаты математического моделирования, разработки и внедрения технологического процесса ХОШ втулки 2108-2904310 из стали 20.

Практическая ценность работы заключается в доработанном на основе инженерной физической модели накопления деформационной поврежденности в сталях ППП для ПЭВМ, который обеспечивает при численном моделировании процессов ХОШ, определение напряженно-деформированного состояния с учетом деформационной анизотропии и расчет деформационной поврежденности с высокой точностью. В определенных для большой группы сталей параметрах модели и в разработанном и внедренном в производство с положительным экономическим эффектом технологическом процессе ХОШ втулки приварной 2108-23043110 из стали 20 для автомобилей ВАЗ.

Результаты работы докладывались и обсуждались на XXVI Международном научно-техническом совещании "Динамика и прочность двигателей" (Самара, 1996), Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии" (Москва, 1996), Всероссийской научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии листовой и объемной штамповки" (Ульяновск, 1997); II Международной научно-технической конференции "Проблемы пластичности в технологии"(Орел, 1998), конференции молодых ученых, аспирантов и студентов в УГАТУ, а

также на научных семинарах Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ), Института механики Уфимского научного центра РАН, Института машиноведения Уральского отделения РАН (г. Екатеринбург) и Института проблем сверхпластичности металлов РАН (г. Уфа).

Основные результаты работы опубликованы в 8 научных трудах, которые включены в список литературы. Две работы приняты к опубликованию редакцией журнала "Проблемы прочности" и находятся в печати.

Данная диссертационная работа выполнялась в рамках научно- технической программы Министерства общего и специального образования РФ "Университеты России (Технические университеты)", раздел "Фундаментальные исследования в технических университетах (подраздел 2.1 - Машиностроение), секция 2.1.1 "Разработка фундаментальных основ повышения динамических и прочностных характеристик машин и механизмов специального машиностроения", тема АД-ОД-22-94-ПЗ "Разработка теоретической модели предельной пластической деформации металлов" (№ гос. регистрации темы 01940003579), а также в соответствии с планами госбюджетных НИР УГАТУ в рамках единого наряд-заказа.

Глава 1« ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ МЕТАЛЛОВ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НАКОПЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ПОВРЕЖДЕННОСТИ

1.1. Современные представления о физической природе разрушений и деформируемости металлов.

Диалектика представлений о разрушении и органически связанным с ним понятии деформируемости, нашла свое отражение в широкой серии научных трудов- механиков (A.A. Ильюшин, В.В. Новожилов, В.Л. Колмогоров, Г.Д. Дель, Ю.Н. Работнов, A.A. Богатое и др. [12, 15, 18, 20, 22, 23, 50, 51, 52}) и физиков (А.Ф. Иоффе, С.Н. Журков, ЯМ. Френкель, И.А.

Одинг, В.И. Владимиров, B.C. Иванова и др. [42, 45—49, 53—56]).

Достаточно длительное время существовали представления о разрушении твердых тел под нагрузкой как о критическом явлении, наступающем при определенном для- каждого материала напряжении. Эти представления нашли свое отображение в различных теориях прочности (теориях предельного состояния). Наиболее широко известные из них теории Кокрофта и Лейтема, Макклинтока, Шлехтера - Надаи, Кобаяеи, Тру-нина, Ирвина, Черепанова и Раиса, Шура и др. Обычный подход механики заключается во введении некоторых критериев разрушения (например, од-

нопараметрических критериев линейной межаники разрушения (ЛМР) Кл,

РТ3 J-интеграл), включающих характеристики напряженного состояния.

Критические значения этих параметров определяются из стандартных экспериментов. Такой подход оправдывает себя для хорошо изученных материалов, достаточно простых условий нагружения и малых упругопластиче-ских деформаций.

Переломный момент в развитии представлений о разрушении связан с идеей о важной роли теплового движения атомов твердого тела при его разрушении под нагрузкой. Автором этой идеи и основоположником но-

вых представлений о разрушении по праву считается академик С.Н. Жур-ков, с предложенной им кинетической концепцией прочности [42], развитие которой в работах С.Н. Журкова, В.А. Степанова, В.Р. Регеля, B.C. Ивановой и других [43—49] дало возможность понять роль тепловых флуктуаций

в процессе разрушения и развить термоактивационный анализ, как важное средство исследования его микроскопических аспектов. Экспериментальной основой для развития новых представлений явились исследования механических свойств твердых тел при повышенных температурах, различных скоростях и схемах деформации. Оказалась, что такие характеристики, как пределы упругости, текучести, прочности и деформация до разрушения, не являются константами материалов, а зависят от многих факторов: температуры, скорости деформации, структуры, схемы напряженного состояния и так далее [12, 18, 49, 57]. Наиболее важным результатом явился тот факт, что разрушение может происходить при напряжениях гораздо меньших временного сопротивления разрыву. При этом напряжение разрушения является функцией времени нахождения образца под нагрузкой [48].

Эти факты свидетельствовали о недостаточности статического (механического) подхода к проблеме прочности. Они указывали на то, что наряду с чисто механическим способом разрыва межатомных связей, осуществляемом только за счет внешней силы, должен существовать и другой способ разрушения. Было предложено [42], а затем многочисленными экспериментами на различных материалах доказано [48], что разрыв межатомных связей при нагрузках меньших их прочности происходит за счет тепловых флуктуаций, являющихся следствием теплового движения атомов. Роль напряжения при этом заключается в снижении энергетического барьера образования разорванной связи и обеспечения направленности этого процесса. Накопление разорванных связей приводит, в конечном итоге, к полному разрушению. Эти представления и составляют основу соврем�