Численное исследование влияния остаточных термических напряжений на разрушение металлокерамических композитов
УДК 536.7
Аннотация
Проведено численное исследование механического поведения композиционного материала «алюминий-карбид бора» при действии различных термомеханических нагрузок. Неоднородная структура композитов учитывается в расчетах в явном виде. Для описания механической реакции алюминиевой матрицы использовалась упругопластическая модель, а для керамических частиц — упругохрупкая модель. Для исследования процессов зарождения и распространения трещин в керамических частицах выбран критерий разрушения типа Губера с учетом локального напряженного состояния: объемное растяжение или объемное сжатие. Рассмотрен композиционный материал с единичной частицей карбида бора, находящейся в микрообъеме алюминиевой матрицы. Исследовано влияние остаточных термических напряжений, возникающих при охлаждении композиционного материала, от температуры, близкой к температуре рекристаллизации алюминия, до комнатной на разрушение керамической частицы. Динамические краевые задачи решались численно методом конечных элементов в программном пакете ABAQUS/Explicit.
Скачивания
Metrics
Литература
Ravi Chandran K.S., Panda K.B., and Sahay S.S. TiBw-Reinforced Ti Composites: Processing, properties, application prospects, and research needs // JOM. 2004. Vol. 56. № 5. DOI: 10.1007/s11837-004-0127-1.
Garg P., Jamwal A., Kumar D., et al. Advance research progresses in aluminium matrix composites: manufacturing & applications // Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8. № 5. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.06.028.
Bobzin K., Kalscheuer C., Carlet M., and Tayyab M. Influence of Aluminum Content on the Impact Fatigue of HPPMS CrAlN Coatings on Tool Steel // Physical Mesomechanics. 2021. Vol. 24. № 5. DOI: 10.1134/S1029959921050143.
Panin V.E., Egorushkin V.E. Basic Physical Mesomechanics of Plastic Deformation and Fracture of Solids as Hierarchically Organized Nonlinear Systems // Physical Mesomechanics. 2015. Vol. 18. № 4. DOI: 10.1134/S1029959915040104.
Romanova V.A., Balokhonov R.R., Shakhidzhanov VS., Vlasov I.V, Moskvichev E.N., and Nekhorosheva O. Evolution of Mesoscopic Deformation-Induced Surface Roughness and Local Strains in Tensile Polycrystalline Aluminum // Physical Mesomechanics. 2021. Vol. 24. № 5. DOI: 10.1134/ S1029959921050088.
Makarov P.V. Microdynamic theory of plasticity and failure of structurally inhomogeneous media // Russian Physics Journal. 1992. Vol. 35.
Ma S., Zhang X., Chen T., Wang X. Microstructure-based numerical simulation of the mechanical properties and fracture of a Ti-Al3Ti core-shell structured particulate reinforced A356 composite // Materials & Design. 2020. Vol. 191. DOI: 10.1016/j.matdes.2020.108685.
Ayyar A., Chawla N. Microstructure-based modeling of crack growth in particle reinforced composites // Composites Science and Technology. 2006. Vol. 66. № 13. DOI: 10.1016/j. compscitech.2006.01.007.
Cao D., Duan Q., Li Sh., Zhong Y., Hu H. Effects of thermal residual stresses and thermal-induced geometrically necessary dislocations on size-dependent strengthening of particle-reinforced MMCs // Composite Structures. 2018. Vol. 200, P. 290-297. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.05.129.
Schmauder S., Weber U. & Soppa E. Computational Mechanics of Heterogeneous Materials: Influence of Residual Stresses // Computational Materials Science. 2003. Vol. 26. DOI: 10.1016/S0927-0256(02)00414-7.
Balokhonov R.R., Romanova V.A., Schmauder S., Emelianova E.S. A numerical study of plastic strain localization and fracture across multiple spatial scales in materials with metal-matrix composite coatings // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 2019. Vol. 101. DOI: 10.1016/j. tafmec.2019.03.0132019.
Balokhonov R.R., Romanova V.A., Schwab E., Zemlianov A.V, Evtushenko E.P. Computational microstructure-based analysis of residual stress evolution in metal-matrix composite materials during thermomechanical loading // Facta Univ. Ser. Mech. Eng. 2021. Vol. 19. № 2.
Copyright (c) 2022 Александр Викторович Землянов, Диана Дамировна Гатиятуллина, Руслан Ревович Балохонов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
