УДК 621.7.043:539.22:621.771.22.004.18
ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАЗРУШЕНИЯ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ
ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
ТРУДНОДЕФОРМИРУМЫХ МАТЕРИАЛОВ
Тульский государственный университет
Актуальной задачей как в промышленности, так и в экономике в целом, является развитие и совершенствование малоотходных ресурсосберегающих технологических процессов. В обрабатывающей промышленности и машиностроении к ресурсосберегающим технологиям можно отнести процессы обработки металлов давлением. Создание новых и совершенствование известных технологических процессов обработки листовых материалов возможно на базе глубоких теоретических исследований процессов деформирования. Совершенствование конструкций изделий ответственного назначения определяет применение высокопрочных труднодеформируемых материалов и изготовление деталей узлов со специальными, зависящими от условий эксплуатации, характеристиками. К числу наиболее перспективных технологических процессов, направленных на совершенствование современного производства, относятся процессы медленного горячего формоизменения в режиме вязкого течения материала.
Предельные возможности формоизменения при пластической обработке материалов и деформировании в режиме вязкого течения материала часто оцениваются на базе феноменологических моделей разрушения. В основу этих моделей положен принцип накопления повреждаемости материала при деформировании. Наибольшее распространение получили деформационные и энергетические критерии разрушения, а в качестве характеристики повреждаемости материала обычно принимается степень использования ресурса пластичности, представляющая собой отношение накопленной эквивалентной деформации или удельной (пластической) работы деформации к их предельным величинам при заданных характеристиках напряженного и деформированного состояния элементарного объема в очаге пластической деформации.
Предельные величины эквивалентной деформаций и удельной работы деформации определяются из диаграммы пластичности и ползучести, полученной экспериментальным путем на основе испытаний материала в различных условиях деформирования. При теоретическом анализе процессов обработки металлов давлением оценивается напряженное и деформированное состояния выделенного элемента очага деформации в процессе его формообразования, определяется повреждаемость материала заготовки на каждом этапе деформирования. В дальнейшем находится накопленная повреждаемость в процессе деформирования путем линейного или нелинейного принципа накопления повреждений. Предельные возможности деформирования определяются при достижении величины накопленной повреждаемости в процессе формоизменения, равной 1 или меньшего значения в зависимости от условий эксплуатации изготавливаемого изделия.
Приведем феноменологический критерий разрушения анизотропного материала в условиях кратковременной ползучести анизотропного материала. В настоящее время феноменологические модели разрушения изотропного материала при пластическом деформировании развиты в работах , , и других, а при деформировании в режиме ползучести - в исследованиях , , и др.
Феноменологический критерий разрушения заготовки из анизотропного материала разработан на основании экспериментальных исследований. Принимается, что при вязкопластическом (ползуче-пластическом) формоизменении эквивалентная деформация в момент разрушения 
и удельная работа разрушения 
существенно зависят от показателя напряженного состояния 
и относительной величины эквивалентной скорости деформации 
, кроме того, учитывается ориентация первой главной оси напряжений относительно главных осей анизотропии, определяемых углами 
, 
, 
. Влияние параметра вида напряженного состояния на величины и не учитывается, так как такая информация при горячей обработке практически отсутствует.
Предлагается условие деформируемости материала при вязкопластическом (ползуче-пластическом) течении без разрушения записать в виде
, (1)
если справедлив деформационный критерий разрушения, и в виде
(2)
если справедлив энергетический критерий разрушения.
Здесь 
и 
- повреждаемость материала при вязкопластической деформации по деформационной и энергетической моделям разрушения соответственно;
;
.
Заметим, что интегрирование ведется вдоль траектории рассматриваемых элементарных объемов.
Таким образом, для определения предельной величины эквивалентной деформации при вязкопластическом течении материала имеем следующие выражения:
. (3)
При рассмотрении критерия разрушения в энергетической постановке предельная величина удельной работы разрушения в области вязкопластической деформации может быть вычислена по аналогичным формулам с заменой буквенных коэффициентов 
и 
на соответствующие им коэффициенты 
и 
, например,
. (4)
В частности, при рассмотрении изотропного тела в выражениях (3) и (4) следует принять 
и 
; а в случае трансверсально-изотропного тела - 
и .
Предельные возможности формоизменения заготовок часто ограничиваются уровнем накопленных микроповреждений. Приведенные феноменологические критерии разрушения (энергетический и деформационный) анизотропного листового материала при кратковременной ползучести, связанные с накоплением микроповреждений, могут быть использованы при теоретических исследованиях ряда процессов обработки давлением, в частности, первой и последующих операций изотермической вытяжки цилиндрических деталей из высокопрочных анизотропных материалов.
Список литературы:
1. , Гречников и расчеты пластического формоизменения анизотропных материалов. – М.: Металлургия, 1990. – 304 с.
2. , , Смирнов пластичности металлов при обработке давлением. - М.: Металлургия, 1984. - 144 с.
3. , , Бурдуковский модель накопления повреждений и разрушения при различных условиях нагружения. - Екатеринбург: УрОРАН, 1994. - 104 с.
4. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки / Под ред. , , . - Кишинев: Universitas, 1993. - 238 с.
5. Огородников деформируемости металлов при обработке давлением. - Киев: Вища школа, 1983. - 175 с.
6. Закономерности ползучести и длительной прочности: Справочник / Под общ. ред. . – М.: Машиностроение, 1983. – 101 с.
7. , Яковлев анизотропного упрочнения материала для проектирования ресурсосберегающей технологии обратного выдавливания. Известия ТулГУ. Серия. Экология и рациональное природопользование. Вып. 2. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. – С. 163-169.
8. , Яковлев и технология изотермической штамповки анизотропных листовых материалов в режиме кратковременной ползучести. - Тула: ТулГУ, 1996. - 126 с.
9. , , Андрейченко давлением анизотропных материалов. – Кишинев: Квант. – 1997. – 332 с.
