Численное исследование влияния остаточных термических напряжений на разрушение металлокерамических композитов
УДК 536.7
DOI:
https://doi.org/10.14258/izvasu(2022)1-04Ключевые слова:
численное моделирование, металлокерамические композиты, механика сред со структурой, остаточные термические напряжения, разрушениеАннотация
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
Библиографические ссылки
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.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Izvestiya of Altai State University is a golden publisher, as we allow self-archiving, but most importantly we are fully transparent about your rights.
Authors may present and discuss their findings ahead of publication: at biological or scientific conferences, on preprint servers, in public databases, and in blogs, wikis, tweets, and other informal communication channels.
Izvestiya of Altai State University allows authors to deposit manuscripts (currently under review or those for intended submission to Izvestiya of Altai State University) in non-commercial, pre-print servers such as ArXiv.
Authors who publish with this journal agree to the following terms:
- Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License (CC BY 4.0) that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.
- Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.
- Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
