Определение напряжений деструкции металлов на основе синергетики пластической деформации

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ ДЕСТРУКЦИИ МЕТАЛЛОВ НА ОСНОВЕ СИНЕРГЕТИКИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

DEFINITION OF STRESS DEGRADATION OF METAL-BASED PLASTIC DEFORMATION SYNERGETICS

Ю.И. Густов, И.В. Воронина, A.A. Орехов

Y.I. Gustov, I.V. Voronina, A.A. Orekhov

ФГБОУ ВПО МГСУ

В статье приведен расчет напряжений деструкции (ад) на основе уравнения относительных стандартных прочностно-пластических показателей.

The paper presents a stress analysis of degradation (aD) based on the equation of relative standard a strength-plastic figures.

Согласно синергетической концепции пластической деформации [1], стадия обратимой повреждаемости металлов связывается с устойчивостью структуры к сдвиговой деформации.

Показано, что критическими параметрами для точек бифуркаций, отвечающих границам стадии обратимой повреждаемости, являются предел текучести о0,2 и напряжение деструкции ад На примере строительной стали 09Г2С получены зависимости

сг02 = 0,35^ - 200,

аД = 0,29ИУ,

позволяющие оценивать накопление дефектов на стадии обратимой повреждаемости методом измерения твердости по Виккерсу. Предложен критерий устойчивости структуры к сдвигу в виде соотношения А3 = HVjсг0 2 используемого при экспресс-

способе в эксплуатационных условиях.

На наш взгляд, зависимости (1) и (2) имеют определенную теоретическую ценность, поскольку согласовывают показатели поверхностной (НУ) и объемной (о0,2, ад) прочности металлов и позволяют оценить уровень критических параметров для точек бифуркаций. Вместе с тем критерий А3 = HV|сг0 2 представляется трудно определимым в условиях эксплуатации, как и величины о0,2 и ад по зависимостям (1) и (2). Логичней показатели объемной прочности определять при испытаниях на статическое растяжение, не прибегая к сложному, трудоемкому и длительному измерению твердости по Виккерсу.

Цель работы заключается в определении напряжения деструкции (од) на основе уравнения относительных стандартных прочностно-пластических показателей [2, 3]. Это уравнение имеет вид

8/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

о>/ав + 8/¥ = С = [

где 5С, 5р, - соответственно сосредоточенная и равномерная составляющие относительного удлинения (5).

Решение (3) относительно 5С и 5р при условии неаддитивности 5= 5р + 5с + 5р • 5с дает выражения

8, = [(1 + -1,

Sc ={8-SP )/(l + SP),

где согласно [4] v = у при от /ов > 5/у, v = - у при от /ов < 5/у. Производными характеристиками работоспособности металлов являются [5]

¥Р =8р/Í1 + 8Р), ус У!1 -¥Р),

= ав/11 -)> =ав\[ + у//{\ -щР)]

Для достижения поставленной цели использовали результаты исследования [1], цитируемые показателями табл. 1. Поскольку в оригинальном источнике не указано значение у для стали 09Г2С в исходном состоянии, определим его по предлагаемой формуле

¥=8/(^0,2 У = 8(°в1 °"о,2 )г .

При указанных показателях 5, о0,2 и ов, величина относительного сужения принимается равной у=0,18.

Таблица1.

Исходные показатели для анализа и выражения напряжений деструкции [1]

№ Состояние 00,2 °в, 5, HV As

МПа МПа МПа % %

1 В исходном состоянии 343 490 472 17 18 1490 4,34

2 Охлаждение в печи 322 439 423 32,9 32,1 1590 4,94

3 Охлаждение на воздухе 371 544 509 24,4 21,0 1760 4,74

4 Охлаждение в воде + отпуск 543 620 604 23,3 23,5 2042 3,76

5 Охлаждение в воде 974 1 015 1005 16,1 13,9 3253 3,41

Согласование расчетных значений напряжения деструкции (од)р с исходными значениями Од (см. табл. 1) осуществляли посредством величин (о0,2 + ов), С, SB и SK. После феноменологических операций установили, что наилучшее схождение расчетных и исходных деструктивных величин получено при вычислениях по формуле

)р =

Результаты расчетов по (3)-(8)приведены в табл. 2.

На основании полученных расчетных величин заключаем, что напряжения деструкции Од возможно определить по стандартным механическим показателям, получаемым при испытании металлов на статическое растяжение. Расхождение между (од)Р и Од незначительно (Д=2,4-7,0%).

Таблица 2.

Расчетные прочностно-пластические показатели стали 09Г2С

№ £0,2/03 5/у С 5Р, % ур, % Бв, МПа Бк, МПа (од)Р, МПа Д, %

1 0,700 0,94 1,644 13,1 11,6 554 573 454 3,8

2 0,733 1,025 1,758 26,2 20,8 554 617 433 2,4

3 0,682 1,162 1,844 18,9 15,9 647 680 496 2,5

4 0,876 0,992 1,868 19,5 16,3 741 794 623 3,1

5 0,960 1,158 2,118 13,5 11,9 1152 1175 939 7,0

Обоснованность применения зависимости (8)подтверждается также вполне удовлетворительным совпадением экспериментальных значений твердости (см. табл. 1) с расчетными величинами ИУР, полученными при (од)р (см. табл. 2) по преобразованной формуле (2) относительно НУ:

ИУР = 3,448(ад) Р.

Состояние 1 2 3 4 5

НУр 1586 1493 1710 2148 3238

Д, % 6,4 6,1 2,8 5,2 0,5

Для оценки напряжений деструкции можно рекомендовать также выражения:

(ад )1 = 0,5щ(аоа + )/д, [аД \ 3,

)з = Бк°0,2 /°в = Бк

Результаты расчетов по (9)-(12) представлены в табл. 3

Таблица 3.

Оценочные значения напряжений деструкции

№ Од, МПа (ад)ъ МПа Дь % (адЬ МПа Д2, % МПа Д3, % (сдк МПа Д4, %

1 472 475 0,60 519 10,0 413 12,5 467 1,06

2 423 430 3,5 428 1,2 452 6,9 470 11,1

3 509 438 13,9 468 8,0 464 8,8 526 3,3

4 604 647 7,1 625 3,5 695 15,0 668 10,6

5 1005 918 8,7 877 12,7 1128 12,2 1074 6,9

Из табл. 3 следует, что расчет по зависимостям (9)-(12) дает значения, удовлетворительно согласующиеся с приведенными в источнике [1]. Расхождения составляют: А1=0,6_13,9; Д2=1,2.. .12,7; Д3=б,9.. .15%, Д4=1,06.. .11,1%. Заметим, что из числа приведенных выражение (8) для определения напряжений деструкции является предпочтительней.

На основании результатов проведенного исследования можно сформулировать следующие основные выводы.

1. Расчетное определение уровня напряжений деструкции од металлов возможно на основе уравнения (3) относительных прочностно-пластических показателей и производных синергетических критериев Бв и Бк.

Б/2011 М1ВЕСТНИК

2. Наименьшее расхождение (2,4-7,0%) расчетных и сравниваемых значений напряжений деструкции стали 09Г2С в различных ее состояниях отмечается при использовании выражения (8). Альтернативными могут служить оценочные зависимости (9)-(12) с расхождением величин 0,6-15%.

3. При неполном комплексе стандартных показателей механических свойств, определяемых при статическом растяжении, оказалось возможным в рассматриваемом случае использование зависимости ^ = Sj{a0 2 / ав )г.

Литература

1. Ефименко Л.А., Иванова Ю.С., Сарафанова Я.А. О взаимосвязи характеристик сопротивления пластической деформации стали на стадии обратимой повреждаемости.// Фракталы и прикладная синергетика. Сборник статей - Москва: Интерконтакт-наука, 2005,- с. 261-262

2. Густов Д.Ю., Густов Ю.И. К развитию научных основ строительного металловедения. // Докл. X российско-польского семинара «Теоретические основы строительства». Варшава, М.: изд. АСВ, 2001. -с.307-314.

3. Густов Ю.И., Густов Д.Ю., Воронина И.В. Синергетические критерии металлических материалов. // Сборник докладов XV Российско-словацко-польского семинара «Теоретические основы строительства». Варшава, 2006. - с.179-184.

4. Густов Ю.И., Орехов A.A., Зайцева A.A. Экспериментальная проверка уровнения прочностно-пластических показателей металлов//Сборник докладов. II научно-практический семинар «Новое в металловедении» Россия, Москва, МВЦ «Крокус Экспо», 7я международная выставка металла в строительстве и архитектуре. METALBUILD-2009/ М: МГСУ, 2009 - с. 23.. .25.

5. Иванова B.C. Баланкин A.C., Бунин И.Ж. и др. Синергетика и фракталы в материаловедении. М: Наука, 1994 - с. 383.

Literature

1. Efimenko L.A., Ivanova Y.A., Sarafanova Y.A. O vzaimosvyazi Charakteristik soprotivleniya plasti-cheskoy deformatcii stali na stadii obratimoy povregdaemosti.// Fraktali I prikladnaya sinergetika. Sbornik statey - Moskva: Interkontakt-nauka,2005,-c.279

2. Gustov D.Y., Gustov Y.I. K razvitiy nauchnih osnov stroitelnogo metallovedeniya.// Dokl. X ros-siysko-polskogo seminara «Teoreticheskie osnovi stroitelstva». Varshava, M/:izd ASV,2001.-c.307-314.

3. Gustov Y.I., Gustov D.Y., Voronina I.V. Sinergeticheskie kriterii metallicheskih materialov.// Sbornik dokladov XVI Slovacko-rossiysko-pol'skogo seminara «Teoreticheskie osnovy stroitel'stva» Varshava -2006, c179...184

4. Gustov Y.I., Orekhov A.A., Zayceva A.A. Eksperementalnaya proverka uravneniya prochnostno-plasticheskih pokazateley metallov.// Sbornik dokladov. II nauchno-prakticheskiy seminar «Novoe v metal-lovedenii» Rossiya, Moskva, MVC «Krokus expo», 7 mezgdunarodnaya vistavka metalla v stroitelstve I arkhitekture. METALBUILD-2009/ M: MGSU,2009-c.23.. .25

5. Ivanova V.S., Balakin A.S., Bunin I.G. Sinergetika I fraktali v materialovedenii. M: Nauka, 1994 -c.383

Ключевые слова: сталь, твердость, синергетика, напряжения деструкция, прочностно-пластические показатели

Key words: steel, the hardness, of Synergetic, voltage degradation, strength-plastic figures

Работа выполнена no проекту №5.1.11 (6/11) в рамках мероприятия 1 Аналитической целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011гг).

e-mail автора: tm@mgsu.ru Рецензент: Баурова Н.И., д.т.н., доцент кафедры «Производство и ремонт автомобилей и

дорожных машин» МАДИ