Багмутов В.П., Денисевич Д.С., Захаров И.Н., Иванников А.Ю. Об учете нелинейных и связанных эффектов теп-ловой задачи и фазовых переходов при моделировании технологии контактного термосилового поверхностного упроч-нения металлических сплавов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университе-та. Механика. Представлена новая постановка задачи о статическом расширении. Рас-смотрена постановка контактной термосиловой задачи с учетом фазовых превра-щений и численное решение её термоструктурной подзадачи, возникающей при моделировании процесса поверхностного упрочнения электромеханической обра-боткой (ЭМО). Предложена математическая модель формирования структуры ме-таллических сплавов при ЭМО на основе совместного анализа расчетных данных о динамике температурных полей и термокинетической диаграммы на примере титанового сплава Ti6Al2V. Кинетика характерного для ЭМО мартенситного пре-вращения при этом описана с использованием эмпирического уравнения Койсти-нена-Марбургера.Приведен алгоритм решения тепловой задачи на основе метода конечных элементов в слабой форме Галеркина. При аппроксимации расчетной области, представленной в виде полупространства, использовались специальные конечные элементы типа Зенкевича.На основе серии вычислительных экспериментов исследовано влияние ве-личины временного шага на точность решения задачи. Проведен анализ значимо-сти связанных и нелинейных эффектов, характерных для высокоскоростных высо-котемпературных тепловых процессов, в частности изменения теплофизических свойств металла, наличия скрытой теплоты фазовых переходов, теплового излу-чения и зависимости теплофизических свойств металла от температуры.
Ключевые слова:метод конечных элементов, метод Галеркина, нестационар-ная теплопроводность, связанные эффекты, структурно-фазовые превращения, поверхностное упрочнение, контактное термосиловое нагружение.
This work highlights the results of tests with overloads and underloads on aluminum samples in the region of near-threshold crack growth rates. Crack growth curves and fatigue life values were obtained that the classical fatigue life prediction models of Elber, Barsom, Wheeler and Willenborg could not explain. Fractographic analysis verified the correctness of the fatigue fracture curves. The chemical analysis of the oxygen content on the fractured surfaces of the sample by the method of energy dispersive X-ray spectroscopy showed the possibility of a relationship between the weight fraction of active particles and residual stresses in the material and confirmed some of the provisions of the theory of brittle microfracture on the effect of oxygen and hydrogen on fatigue crack propagation.
Аннотация. В данной работе представлено численное решение задачи связанной механики по прогнозированию остаточных напряжений, возникающих при импульсном термосиловом упрочнении титановых сплавов. Моделирование фазовых превращений при этом осуществлялось на основе совместного анализа динамики температурных полей и диаграммы непрерывного охлаждения для исследуемого сплава. Построение определяющих соотношений выполнено на основе аддитивного разложения тензора скоростей деформации в рамках изотропно-трансляционной нелинейной модели упрочнения. Представлены результаты моделирования остаточных напряжений для титанового сплава типа Ti6Al2V. В частности, установлено дискретное распределение остаточных напряжений, повторяющих тепловые импульсы переменного источника тепла. Summary. In this paper, we present a numerical solution of the problem of coupled mechanics for the prediction of residual stresses that occur when pulsed thermosilic hardening of titanium alloys. Simulation of phase transformations was carried out based on a joint analysis of the dynamics of temperature fields and a continuous cooling diagram for the alloy under study. The construction of the defining relations is based on the additive decomposition of the strain rate tensor in the framework of the isotropic-translational nonlinear hardening model. The results of modeling the residual stresses for a titanium alloy of the Ti6Al2V type are presented, in particular, a discrete distribution of residual stresses is obtained that repeat the heat pulses of the alternating heat source. Ключевые слова: остаточные напряжения, импульсное термосиловое упрочнение, фазовые превращения, температурное поле, титановый сплав, нелинейная модель упрочнения, хрупкое разрушение, поверхностный слой, электромеханическая обработка.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.