книги / Структурно-аналитическая теория прочности

Рис. 5.78. Фазовый портрет мартенситного преобразователя энергии.

с Лк) до 640 К, сохраняя амплитуду деформации (Д е = ±1.5%) и нижнюю температуру Гпйп (260 К) постоянными. Можно сделать заключение, что подобная вариация существенно ска­ зывается на производимой работе, которая в случаях, изо­ браженных на рис. 5.77 и 5.79, становится отрицательной. Сравнивая данные рис. 5.78 и 5.80, которые относятся со­ ответственно к величинам Де, равным ±1.5 и ±0.5%, видим, что трехкратное возрастание амплитуды деформирования вы­ зывает повышение работоспособности примерно в 13 раз. Эта пропорция значительно отличается от таковой на рис. 5.76, что свидетельствует о существенном влиянии на нее темпе­ ратурных параметров термомеханического цикла.

Рис. 5.81 и 5.82 показывают, каким образом на иссле­ дуемые характеристики влияет верхняя температура цикла (со­ ответственно 460 К, что совпадает с Ак, и 640 К) при по­

огромное различие между собой проекций Т—о и а—е (в том числе и по сравнению с таковыми на рис. 5.77—5.79) для, казалось бы, близких температурных режимов воздействия. Это сказывается и на объеме производимой работы. Ее за­ висимость от верхней температуры цикла 7тах при посто-

хорошего энергопреобразования объект (при таком нагруже­ нии, как на рис. 5.84, б) следует нагревать значительно

зано влияние нижней температуры цикла на характеристики тер­

о—е, так и диаграммы Т—а трансформируются весьма су­ щественно, а работа ДЛ увеличивается от отрицательного значения —11.33 МДж • м-3 до положительного 10.94 Мдж-м-3. Ее зависимость от 7min изображена на рис. 5.88. Из него сле­ дует, что при выбранном режиме Т—е и Гтах = 545 К по­ лезная работа начинает производиться только тогда, когда нижняя температура превысит уровень 2 7 0 К, который

ции Де и при условии, что 7’тах>Лк, а 7’тт>Мк. Неверная организация термомеханического цикла может и не обеспечить положительное, тем более оптимальное по требуемым парамет­ рам энергопреобразование.

Эта мысль подтверждается и данными рис. 5.89—5.93. На рис. 5.89—5.91 построены диаграммы для случая постоянного

кривых Т—е. Видно, что лучший результат обеспечивает ре­

собность отвечает схеме на рис. 5.91, б, когда эти наклонные участки расположены внутри фигуры. Удивительна получающаяся при

при производстве полезной работы. Последняя близка к та­ ковой при среднем значении Де около ±0.75 %. Более того,

Это примерно отвечает ее величине, получаемой при знако­ переменном деформировании с размахом Ае = ±0.5 %.

Рис. 5.84. Фазовый портрет мартенситного преобразователя энергии.

в

Рис. 5.85. Фазовый портрет мартенситного преобразователя энергии.

а

Рис. 5.87. Фазовый портрет мартенситного преобразователя энергии.

Рис. 5.88. Зависимость работы 9т нижней температуры цикла.

6

6,МПа

Рис. 5.96. Фазовый портрет мартенситного преобразователя энергии.

вывод, что энергосьем рабочего тела мартенситного двигателя существенным образом зависит от организации термомехани­ ческого цикла «напряжение—деформация—температура». При не­ правильном его выборе материал будет производить либо ма­ лую работу, либо даже только «поглощать» ее, и тогда дви­ гатель просто остановится.

Таким образом, обобщая все сказанное, можно сделать вывод, что структурно-аналитическая концепция позво­ ляет делать реалистичные прогнозы в отношении функ­ циональны х свойств памяти формы. Количественное согла­ сие между прогнозируемыми и измеряемыми свойствами легко обеспечивается тщательной отработкой аналитических соотноше­ ний теории.

5.5.8. Явление осевого деформирования при кручении

Эффект осевого деформирования при кручении труб и стержней свойствен не только тем материалам, которые ис­ пытывают дислокационно-двойниковую пластичность (см. раздел 3.6.5 в главе 3), но и кристаллам с мартенситной неупругостью [2]. Структурно-аналитическая теория по­

в~

л

Математический объект, находящийся в аустенитном состо­ янии при 460 К, вначале охлаждали до 290 К, а затем подвергали знакопеременному кручению с амплитудой каса­ тельных напряжений г, равной 450 МПа, рассчитывая и сдвиговые у, и осевые е деформации. Расчет осуществляли,

ля, то интегрирование по ориентационному пространству осу­ ществляется по заштрихованным участкам на рис. 5.97, а, если оно отрицательно, то по незаштрихованным. Вне квадратов, очерченных на рис. 5.97, ориентационную фун­ кцию принимали нулевой. По углам гр интегрирование осу­

^*п

лирования (при постоянной скорости нагружения и разгруз­ ки).

Основные результаты вычислений изображены на рис. 5.98. Рис. 5.98, а дает представление о механоциклических (ферроупругих) характеристиках объекта, а рис. 5.98, б де­ монстрирует явление осевого деформирования. Полученные в

расчете свойства согласуются с измеренными в прямом экс­ перименте (во всяком случае качественно).

5.6. Анализ эволюции фазового состояния

Все вышеперечисленные свойства сред с мартенситным механиз­ мом неупругости формируются исключительно посредством реали­ зации мартенситных реакций. Характер фазового превращения за­ висит от многих факторов, в частности от ориентации локального базиса по отношению к лабораторному, от температуры и т. д. Что­ бы понять природу каждого конкретного свойства, необходимо иметь детальные представления о том, как протекают мартенситные ре­ акции в зависимости от температуры, напряжения, процедуры тер­ момеханического воздействия, ориентации кристаллов мартенсита и других факторов. Ниже этот анализ и предпринят. Его основу со­ ставляет распределение количества мартенсита в ориентационном пространстве (см. [377]),

Все расчеты в [377 ] выполнены с использованием соотно­ шений (1.8), (1.101)—(1.103), (1.111) в приближении макро­

угла <р отсутствует. Поэтому можно ограничиться анализом распределения мартенсита в пространстве переменных в и 1р ,

от 0 до п. Это утверждение вытекает из того, что при од­ ноосном нагружении локальное состояние определяется

На рис. 5.99 представлены результаты следующего математи­ ческого эксперимента: материал, находящийся в аустенитном со­ стоянии при 400 К, нагружали постоянным растягивающим на­ пряжением 300 МПа, затем производили охлаждение через ин­ тервал прямого превращения до 220 К и нагрев через интервал обратного превращения до 430 К. При этом вычисляли изменение макроскопической деформации осевого удлинения и интегрально­

охлаждения на определенном температурном промежутке на­ капливается деформация и как при нагреве она возвращает­ ся. Особенности эволюции суммарного количества мартенсита изображены на рис. 5.99, б. Серия построений на рис. 5.100 показывает закономерности эволюции количества мартенсита