ЧИСЛЕННОЕ ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ДЕФОРМИРОВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ КОМПОЗИТОВ НА СТАДИИ ПРЕДРАЗРУШЕНИЯ
Новые технологии зачастую порождают необходимость создания новых материалов, обладающих повышенными прочностными свойствами. Одними из таких материалов является керамики, получаемые, в том числе, прессованием субмикро-кристаллических порошков диоксида циркония ZrO2. Его уникальностью является возможность управления свойствами конечного продукта, варьированием свойствами самого порошка, а также процентным содержанием и размерами упрочняющих частиц. Соответствующие технологии получения подобных керамик позволяют достигать в них уникальных прочностных хаpaктеристик. Эти свойства достигаются также применением дополнительных воздействий на исходные порошки [2]. С этой же целью при прессовании систем на основе диоксида циркония вводятся стабилизирующие добавки в виде оксидов некоторых металлов (магния, иттрия, алюминия). При спекании удается получать керамики с различной пористостью, обеспечивающей высокую степень деформации. На соответствующих σ-ε диаграммах наблюдаются резкие сбросы напряжений, связанные с микрорастрескиванием, обусловленным пористостью [2] (как показано
на рис. 1).
В данной работе численно изучены особенности деформирования подобных систем на основе диоксида циркония ZrO2, стабилизированных оксидом алюминия Al2O3. Для моделирования была создана модель композита, в которой матрица представляет собой сплошную беззеренную структуру с физико-механическими свойствами диоксида циркония ZrO2, стабилизированная включениями с физико-механическими свойствами корунда - Al2O3.
Рис. 1. Диаграмма сжатия керамики ZrO2, стабилизированной Y2O3, с различной пористостью
(1 - 2 %, 2 - 15 %, 3 - 26 %, 4 - более 60 %)
Модели композитов и постановка задачи
Соответствующая пористость в предложенных моделях композита (рис. 2, 3) учтена неявно наличием соответствующего неупругого участка на s-e диаграмме, что соответствует графику 1 на рис. 1. Наличие неупругого участка в зависимости s-e также связывается со способностью частично стабилизированной керамики к фазовому переходу - мартенситному превращению из тетрагональной фазы в моноклинную.
Рис. 2. Равномерное распределение стабилизирующей фазы 15 %
Рис. 3. Кластерное распределение стабилизирующей фазы 15 %
Было проведено численное моделирование отклика на сжимающее нагружение образцов композитов, оно осуществлялось решением уравнений механики сплошных сред с приведением напряжений на каждом временном слое к кругу текучести Мизеса с использованием схемы второго порядка точности Лакса-Вендроффа.
где , - вторые инварианты скоростей пластических деформаций и напряжений соответственно.
Результаты моделирования и обсуждения
В результате численных экспериментов по изучению эволюции структуры образцов в ходе нагружения получены картины распределения областей растяжения, сжатия, сдвига, выявлен общий хаpaктер НДС с использованием параметра Лоде-Надаи, для его визуализации в мезообъеме. По полям смещений удается установить эволюцию структуры на различных масштабах мезоскопического уровня в диапазоне 0,1-10 мкм.
Особенности напряженного состояния были выявлены по параметру Лоде-Надаи. Получены следующие результаты. При равномерном распределении упрочняющих частиц (рис. 2) в матрице преобладают сдвиги, упрочняющие частицы (примерно половина) находятся в состоянии сжатия, другая половина в состоянии сжатие-сдвиг. При этом НДС в отдельной частице также неоднородно: например, половина объема частицы находится в состоянии сжатия, а вторая половина в состоянии сдвига или сжатия-сдвига. Более того, на границах упрочняющих частиц наблюдаются локальные области растяжения, однако их доля мала при равномерном распределении частиц.
Макро-поля смещений, совпадают с вектором внешней сжимающей нагрузки, что затрудняет анализ хаpaктера течения. Локальные поля смещений были получены вычитанием среднего вектора смещений, относительно изучаемого локального объема. На рис. 2 отмечен квадратом соответствующий локальный объем, а на рис. 5 представлено поле смещений относительно него. Эволюция поля смещений на стадии предразрушения показала, что на мезоуровне НДС меняется периодически. В процессе нагружения наблюдается смена сжатий на сдвиги, сдвиг сменяется растяжением. Формируются вихревые структуры, на более поздних стадиях происходит стабилизация НДС и выявляется хаpaктерная блочная структура мезоуровня. На рис. 4 представлена картина распределения полос локализованной неупругой деформации, обусловленной микроповреждениями среды. Видно, что на заключительном этапе деформирования образца, когда формируется блочная мезоструктура, происходит формирование мезо и макротрещин, ориентированных по направлению действия максимальных касательных напряжений. Магистральная трещина отмечена овалом.
Рис. 4. Полосы локализованной неупругой деформации. Равномерное распред. 15 %
Рис. 5. Поле смещений на мезоуровне
для равномерного распределения 15 %
На рис. 3 приведен пример кластерного распределения частиц в композите.
При кластерном распределении картина эволюции НДС качественно изменилась. Параметр Лоде-Надаи охватывает весь спектр от -1 до +1, существенно увеличился размер областей, охваченных только сжатиями или сдвигами или растяжениями. Причем локализованные области сжатия наблюдаются теперь и в матрице. Значительная часть приграничных областей матрица-включение находятся в состоянии локального растяжения.
Более ярко выражена неоднородность НДС. Формируется макротрещина, проходящая через весь
образец.
Эволюция поля смещений, относительно выбранного локального объема (отмеченного квадратом
на рис. 3), выявила существенную неоднородность смещений на мезоуровне, по сравнению со средним макрополем. Полосы локализованной деформации выражены значительно сильнее для кластерного распределения. Блочная делимость показана на рис. 7. На заключительном этапе деформирования образуется макросдвиг вдоль сформировавшейся магистральной трещины, отмеченной овалом, на рис. 6.
Рис. 6. Полосы локализованной неупругой деформации. Кластерное распред. 15 %
Рис. 7. Поле смещений на мезоуровне
для кластерного распределения 15 %
Заключение
В результате численных экспериментов изучены особенности деформирования композитов на стадии предразрушения. Получены поля смещений, картины полос локализованной неупругой деформации и НДС. Наличие кластеров существенно повышает масштаб формирующихся мезотрещин. Существенно увеличивается процентное содержание локальных областей, подвергнутых растяжению, при общем сжимающем хаpaктере нагрузки.
Список литературы
- Макаров П.В. Математическая теория эволюции нагружаемых твердых тел и сред // Физическая мезомеханика. - 2008. - Т. 11, №3 - С. 19-35.
- Кульков С.Н. Структура, фазовый состав и механические свойства наносистем на основе // Физическая мезомеханика. - 2007. - Т. 10, №3 - С. 81-94.
Статья в формате PDF 119 KB...
24 04 2024 11:37:46
23 04 2024 13:44:31
Анализ опыта по восстановлению методом агростепей растительности на нарушенных кормовых угодьях долины средней Лены показал, что метод при соблюдении экологических условий и видового состава участков обеспечивает восстановление растительности, проявляющееся в повышении проективного покрытия и доминировании в травостое целинных видов. Соответствие экологических условий и видового состава травостоя при подборе участков обеспечивает восстановление растительности нарушенных участков до 70–75 % и доминирование в травостое целинных видов до 60–65 % в условиях нормального и сильного засоления. ...
22 04 2024 7:14:26
Статья в формате PDF 272 KB...
21 04 2024 3:40:16
Статья в формате PDF 114 KB...
20 04 2024 15:36:12
Статья в формате PDF 128 KB...
19 04 2024 0:31:25
Статья в формате PDF 115 KB...
18 04 2024 9:55:42
Статья в формате PDF 204 KB...
17 04 2024 15:42:44
Статья в формате PDF 205 KB...
16 04 2024 13:40:11
Статья в формате PDF 323 KB...
15 04 2024 11:44:39
Впервые показано, что у крыс с генотипом А2/А2 по локусу TAG 1A DRD2 с повышенной тревожностью имеет место сочетание генотипов N2N2 локуса NcoI DRD2 и АА локуса 256A/G гена SLC6A3, а также увеличение объемных хаpaктеристик базолатеральной группировки миндалевидного комплекса мозга. ...
14 04 2024 9:48:45
Статья в формате PDF 314 KB...
13 04 2024 1:14:26
Статья в формате PDF 152 KB...
12 04 2024 7:26:46
Статья в формате PDF 252 KB...
10 04 2024 13:17:21
09 04 2024 7:24:21
Статья в формате PDF 391 KB...
08 04 2024 10:35:23
Статья в формате PDF 255 KB...
07 04 2024 5:27:47
Статья в формате PDF 286 KB...
06 04 2024 23:27:50
Статья в формате PDF 489 KB...
04 04 2024 0:32:57
Статья в формате PDF 390 KB...
03 04 2024 14:22:10
Статья в формате PDF 114 KB...
02 04 2024 10:30:31
Проводился анализ изменений биоэлектрической активности головного мозга и сверхмедленной активности в нервной, дыхательной и сердечно-сосудистой системах в процессе адаптивного биоуправления с биологической обратной связью по параметрам церебральной гемодинамики и медитации. Осуществлялась регистрация сверхмедленной активности нервной и сердечно-сосудистой систем и локализация биоэлектрической активности нервной системы. Выявлено вовлечение различных мозговых структур в реализацию поведенческих стратегий в группах обучившихся различным видам самоуправления, что говорит о различии механизмов достижения конечного результата. Полученные результаты свидетельствуют о вовлечении кардиореспираторной синхронизации в изменение биоэлектрической активности только при релаксации с помощью адаптивного биоуправления. Осуществлена проверка резонансной гипотезы релаксации, согласно которой при совпадении частот изменения дыхания, биоэлектрической активности мозга, сердечного ритма и сосудистого тонуса происходит усиление активности в вовлекаемых в резонансный ответ структурах. ...
01 04 2024 9:50:46
Статья в формате PDF 263 KB...
31 03 2024 14:28:31
Статья в формате PDF 109 KB...
30 03 2024 17:32:34
Статья в формате PDF 262 KB...
29 03 2024 23:53:52
Статья в формате PDF 104 KB...
28 03 2024 17:47:41
Статья в формате PDF 196 KB...
26 03 2024 18:54:22
Статья в формате PDF 348 KB...
22 03 2024 22:14:40
В работе приводятся сведения относительно возможности применения тестовых заданий и биологических задач для исследования личностных особенностей учащихся и выявления одаренных детей. Показано, что использование этого подхода может способствовать повышению эффективности выявления школьников с повышенным уровнем интеллекта. ...
21 03 2024 5:15:54
20 03 2024 3:52:31
Статья в формате PDF 101 KB...
19 03 2024 3:38:32
Статья в формате PDF 373 KB...
18 03 2024 20:54:24
Статья в формате PDF 244 KB...
17 03 2024 22:20:31
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::