Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2873.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
9.84 Mб
Скачать

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

П .В . Т р усо в , П .С . В ол егов , Н .С . К о н д р ать ев

ФИЗИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ ПЛАСТИЧНОСТИ

Утверждено Редакционно-шдатепьским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство

Пермского национального исследовательского политехнического университета

2013

УДК 539.5

T il

Рецензенты:

академик РАН, профессор, директор Института механики сплошных сред В.П. Матвееико;

доктор физ.-мат. наук, профессор Томского государственного архитектурно-строительного

университета Л.А. Теплякова

Трусов, П.В.

Т77 Физические теории пластичности : учеб, пособие / П.В. Трусов, П.С. Волегов, Н.С. Кондратьев. - Пермь Изд-во Перм. нац. исслед. политехи, ун-та, 2013. - 244 с.

ISBN 978-5-398-01073-2

Представлен специальный класс современных теорий пластичности - физические теории пластичности (ФТП), практически неизучаемые в российских вузах и неосвещенные в силу этого в существующей отечественной учебно­ методической литературе. В зарубежных периодических изданиях число публи­ каций по данной тематике растет стремительно, однако систематически из­ ложенного курса не существует и в известных авторам зарубежных изданиях (кроме нескольких монографий). Физические теории пластичности (в отли­ чие от математических макрофеноменологических теорий) основаны на яв­ ном рассмотрении физических механизмов неупругой деформации и их но­ сителей - дефектов кристаллического строения, поэтому приведено краткое изложение теории дефектов. Последовательно излагаются основные типы ФТП, их достоинства и недостатки. Значительное место отведено многоуровневым мо­ делям, используемым для описания поведения моно- и поликристаллических ма­ териалов. Изложение материала основано на оригинальных статьях зарубежных и отечественных исследователей (в том числе на публикациях авторов пособия). Поскольку пособие ориентировано в первую очередь на магистрантов и аспи­ рантов, подготовка которых в большей мере основана на самостоятельной рабо­ те, по большинству тем приведены краткие обзоры публикаций.

Предназначено для студентов и аспирантов механико-математических на­ правлений и специальностей.

УДК 539.5

ISBN 978-5-398-01073-2

©ПНИПУ, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ...............................................................................

5

СОКРАЩЕНИЯ.........................................................................................................

8

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................

9

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ...................................

22

1.1.0 геометрической нелинейности и независимых от выбора

 

системы отсчета тензорзначных характеристиках......................................

23

1.2. Классический и обобщенные континуумы.................................................

26

Вопросы к главе 1....................................................................................................

37

ГЛАВА 2. МЕХАНИЗМЫ НЕУПРУГОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ....................

38

2.1. О дислокационных механизмах неупругого деформирования...................

38

2.2. Взаимодействия дислокаций с дислокациями и точечными дефектами....

49

2.3. Деформирование монокристалла двойникованием........................................

52

2.4. Закон Шмида.....................................................................................................

58

2.5. Механизмы и модели деформационного упрочнения......................................

61

Вопросы к главе 2 ....................................................................................................

72

ГЛАВА 3. КИНЕМАТИКА НЕУПРУГОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ.................

74

3.1. Уравнение Орована..........................................................................................

74

3.2. Моды неупругого деформирования монокристаллов...................................

75

3.3. Статистически накопленные и геометрически необходимые

 

дислокации, изгибы-кручения решетки........................................................

83

3.4. Ротационные моды деформирования, модели ротации...............................

90

Вопросы к главе 3 ...................................................................................................

95

ГЛАВА 4. ЖЕСТКОПЛАСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ.............................................

96

4.1. Модель Закса....................................................................................................

96

4.2. Модель Тейлора...............................................................................................

98

4.3. Модель Бишопа-Хилла..................................................................................

104

Вопросы к главе 4 ..................................................................................................

114

ГЛАВА 5. УПРУГОПЛАСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ............................................

116

5.1. Модель Линя.................................................................................................

117

5.2. Направления развития упругопластических моделей.............................

121

Вопросы к главе 5 ...................................................................................................

132

ГЛАВА 6. ВЯЗКОУПРУГИЕ И ВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ.........

134

Вопросы к главе 6 ...................................................................................................

142

ГЛАВА 7. УПРУГОВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ................................

143

7.1. Анализ упруговязкопластических моделей.....................................................

143

7.2. Краткий обзор работ по упруговязкопластическим моделям....................

166

Вопросы к главе 7 ...................................................................................................

182

ГЛАВА 8. СТРУКТУРА И АЛГОРИТМЫ РЕАЛИЗАЦИИ

 

МНОГОУРОВНЕВЫХ МОДЕЛЕЙ......................................................................

184

8.1. Наиболее распространенная схема построения многоуровневых

 

моделей, их структура и классификация.....................................................

184

8.2. Согласование определяющих соотношений масштабных уровней

 

и конкретизация независящей от выбора системы отсчета

 

производной......................................................................................................

192

8.3. Классификация внутренних переменных и уравнений

 

конститутивной модели на примере двухуровневой

 

упруговязкопластической модели..................................................................

199

8.4. Модель поворотов кристаллической решетки, учитывающая

 

взаимодействие элементов мезоуровня........................................................

202

8.5. Алгоритм реализации двухуровневой упруговязкопластической

 

модели...............................................................................................................

209

Вопросы к главе 8 ...................................................................................................

219

ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ.................................................................................

221

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..................................................................

228

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ..............................................................................

242

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Е - модуль упругости G - модуль Юнга

du- интенсивность скоростей деформаций

е),

/Де), / = 1,3 -

главные инварианты тензора малых деформа­

ций и его девиатора

 

/ДЕ),

/,(S), / = 1,3 -

главные инварианты тензора напряжений

Коши Е и его девиатора S

К - модуль объемного сжатия

кь - константа Больцмана

х

Ко, Kt, Kt - отсчетная, актуальная и промежуточная (разгруженная из Kt) конфигурации

О - собственно ортогональная группа R" - «-мерное евклидово пространство

s (sp) — длина дуги траектории деформации (пластической де­ формации)

t - время (или его аналог)

Гг - гомологическая температура

X - обозначение материальной частицы в материальном способе описания движения

X ', - лагранжевы координаты в декартовой ортонормированной

ипроизвольной криволинейной системах координат, соответственно

е- средняя деформация

8ц—интенсивность деформаций

Н - функция Хэвисайда, Н(х) = 0 при х < 0 и Н (х) = 1 при х > О

г| - вязкость материала

v - коэффициент Пуассона 0 - температура а - среднее напряжение

ан - интенсивность напряжений ор - предел пропорциональности

GS - предел текучести

ти - интенсивность сдвиговых напряжений

ф, ф* - системы отсчета, отличающиеся жестким движением b, b - вектор Бюргерса и его модуль

 

/ 0л

е.

, ё ,(ё ')- лагранжевы векторы основного (сопряженного)

 

V )

базиса в Ко и Kt

Ro, г - радиус-векторы частиц в Ко и Kt

V д

V, V - наблаоператоры (операторы Гамильтона) в отсчетной и актуальной конфигурациях

D, d - тензор деформации скорости на макро- и мезоуровне

Е(или g) - единичный (метрический) тензор

¥(•) - определяющее отображение

О

G , С - мера и тензор деформации Коши-Грина Jp - тензорзначные внутренние переменные

J®,Jj - «явные» и «скрытые» внутренние переменные

m(i), m[s), т[д) - ориентационный тензор к-й кристаллографиче­

ской системы, его симметричная и антисимметричная составляющие O(t) - собственно ортогональный тензор

Р? - параметры воздействия

R - ортогональный тензор, сопровождающий деформацию 7?р, R rp, Ср, Crp - операторы конститутивных соотношений

U, V - левый и правый тензоры искажения Е,е- тензор малых деформаций и его девиатор

П ( П) - тензор (4-го ранга) упругих характеристик макроуровня (мезоуровня)

р - тензор остаточных микронапряжений

X, a (S, s) - тензор напряжений Коши макро- и мезоуровня (их девиаторы)

Хатензорзначные функции, характеризующие нетермомеханиче­ ские воздействия на материал

О

V г - градиент места

С - тензор Леви-Чивита

О* > (‘У ~ индексы, относящиеся к упругим и пластическим со­

ставляющим

(•)г - обозначение объективной (коротадионной) производной

<•> - скобки Мак-Кэйли, <х> = 0 при х < 0 и <х> = х при х > О

- осредненные величины

СОКРАЩЕНИЯ

ГНД - геометрически необходимые дислокации ГЦК, ГПУ, ОЦК - гранецентрированная кубическая, гексагональ­

ная плотноупакованная, объемно-центрированная кубическая (кристал­ лические решетки)

ДОН - дислокации ориентационного несоответствия ДУ - дефект упаковки ЗГС - зернограничное скольжение

ЗУ - замыкающие уравнения ИПД - интенсивное пластическое деформирование КлК - классические континуумы

КСК - кристаллографическая система координат ЛСК - лабораторная система координат МДТТ - механика деформируемого твердого тела МСС - механика сплошной среды ОК - обобщенный континуум ОС - определяющие соотношения ПО - представительный объем

СНД - статистически накопленные дислокации СП - сверхпластичность СПД - сверхпластическое деформирование СС - система скольжения

СТТ - стандартный тетраэдр Томпсона ТОС - теория определяющих соотношений ФРО - функция распределения ориентаций ФТП - физическая теория пластичности ФТТ - физика твердого тела ЭДУ - энергия дефекта упаковки ЭУ - эволюционные уравнения