Теоретическое и экспериментальное исследование процессов накопления энергии в структуре материалов методом инфракрасной термографии
Современные экспериментальные исследования эволюции температуры на поверхности пластически деформируемых металлов показали, что, даже в квазистатическом случае, процессы тепловыделения в материале имеют нелинейный характер и существенно зависят как от условий нагружения, так и от предыстории деформирования. Значительное увеличение интенсивности исследований в данной области, наметившееся в последнее десятилетие, связано с тем, что наряду с очевидной фундаментальной значимостью данный класс задач имеет большое прикладное значение. Высокочувствительные инфракрасные детекторы позволяют разрабатывать новые эффективные методы неразрушающего контроля, основанные на анализе термических предвестников локализации деформации и разрушения.
В данной работе представлены результаты экспериментального исследования особенностей тепловыделения в металлах (Fe, Ti, V) и сплавах (В95, TiNi) при различных условиях деформирования и получены зависимости скорости накопления энергии для различных условий деформирования и начального состояния материала.
На основе полученных экспериментальных данных предложена модель процессов накопления и диссипации энергии в металлах. С теоретической точки зрения данная работа является логическим развитием [1], в которой был предложен вариант расчета термодинамического потенциала пластически деформированного армко-железа. Используя предположение о независимости теплоемкости материала от величины накопленной поврежденности, температуры и упругой деформации, предложено оригинальное разложение диссипативной функции системы на тепловую и конфигурационную части. В рамках модели получены соотношения, определяющие величину относительной накопленной энергии, равную отношению запасенной энергии к величине пластической работы и показано, что в случае независимости теплоёмкости и упругих свойств материала от величины накопленных дефектов термодинамический потенциал системы можно аддитивно разложить на упругую, тепловую и структурную части. Предложен вариант определения структурной части термодинамического потенциала по результатам инфракрасных измерений.
Предложенная модель позволяет проводить оценку термодинамических параметров системы по данным инфракрасного сканирования и описывает основные стадии процесса накопления энергии в металлах: (i) скорость накопления энергии в металлах при квазистатическом деформировании достигает максимума в момент упруго-пластического перехода и монотонно убывает в процессе упрочнения; (ii) скорость накопления энергии меняет знак на начальной стадии процесса разрушения материала; (iii) начальное состояние материала может приводить как к исчезновению основного максимума, так и к появлению дополнительных.
Работа выполнялась при финансовой поддержке программы президиума РАН 09-П-1-1010.
1. Плехов О.А., Наймарк О.Б., Saintier N., Palin-Luc T. Упругопластический переход в железе: структурные и термодинамические особенности // ЖТФ. 2009. т. 79. в. 8. C.56 - 61.
To reports list
|
