ИСТИНА

Проект предполагает построение и исследование варианта определяющих соотношений, пригодных для расчета процессов горячей обработки металлов давлением, когда необходимо учитывать зависимость механических свойств материала от температуры и состояния его микроструктуры; анализ известных вариантов определяющих соотношений, используемых при моделировании конкретных процессов горячей обработки металлов давлением; обсуждение подходов к учету структурного состояния металлов в определяющих соотношениях; проведение численных экспериментов с развиваемым вариантом определяющих соотношений.

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы построения адекватных определяющих соотношений (математических моделей) материалов; конкретно – определяющих соотношений, учитывающих влияние температуры и состояния структуры материала на его механические свойства. Задачами исследования являются: систематизация известных экспериментальных данных (в том числе полученных авторами проекта) об эволюции микроструктуры сплавов, преимущественно титановых, при некоторых видах термомеханического нагружения; сопоставительный анализ типичных вариантов определяющих соотношений, используемых при разработке технологических процессов обработки металлов давлением; разработка вариантов определяющих соотношений, пригодного для расчётов горячих технологических процессов обработки металлов давлением; численные эксперименты с разрабатываемыми определяющими соотношениями; рекомендации по возможной области применимости разрабатываемых определяющих соотношений.

У коллектива имеется значительный научный задел по предполагаемому проекту. Он создан отчасти в рамках проводившихся ранее госбюджетных исследований и отчасти при выполнении предшествующих грантов РФФИ (см. список этих грантов в п.4.7). Основные результаты, полученные при выполнении этих проектов, соответствовали международному уровню; это подтверждается публикациями по темам проектов в ведущих международных рецензируемых журналах, а также докладами участников проектов на важнейших международных конференциях по сверхпластичности, пластичности и механике деформируемого твердого тела. Укажем сделанные в последние годы участниками проекта доклады на международных конференциях: международная конференция по сверхпластической формовке (EuroSPF 2013), г. Шпеер, Германия, 7-9 октября 2013; международная конференция «Сверхпластичность в материалах с улучшенными свойствами» (ICSAM 2012), г. Альби (Франция), 3.07-5.07.2012

1. Дана классификация определяющих соотношений, используемых для расчётов процессов обработки металлов давлением (ОМД) с учётом эволюции микроструктуры материала. Учитывалось, какой набор характеристик структуры использовался; входили ли эти характеристики непосредственно в определяющие соотношения (связанная задача, когда нельзя раздельно определить напряженно-деформированное состояние и характеристики структурного состояния) или вычислялись после того, как определено напряженно-деформированное состояние по стандартным определяющим соотношениям (несвязанная задача). Отмечено общее свойство рассмотренных моделей, используемых для описания эволюции микроструктуры в процессах ОМД, – их формулировки и аттестация обычно базируется на результатах одноосных изотермических экспериментов (роль истории термомеханического воздействия на материал, особенно температурно-скоростного, практически не исследуется). 2. Исследованы некоторые вопросы учёта конечных деформаций при расчётах процессов ОМД. На примере задачи о простом сдвиге получена оценка точности вычисления конечных деформаций в конечно-элементных пакетах ANSYS и QFORM7. Сравнение аналитического решения с численными показало, что вычисленные значения деформаций отличаются от точных с приемлемой погрешностью при величине сдвига не более единицы. В численных экспериментах уточнена область применимости одной из известных методик построения диаграммы деформирования из опыта на осадку при конечных деформациях. 3. Дано развитие предложенной Ю.Н.Работновым схемы феноменологического описания (включающего введение внутренних переменных – обобщённых характеристик структуры) эволюции микроструктуры с использованием конечного набора типичных для данного материала (и определённого класса термомеханических процессов) видов структуры. Сформулирован и апробирован в численных экспериментах вариант определяющих соотношений с одной внутренней переменной (эффективный размер зерна), характеризующей структуру материала. Величина D вычисляется с учётом нескольких основных режимов, задающих кинетику превращении микроструктуры. Выполнено качественное сравнение расчётов с экспериментальными данными для титанового сплава (опыты на кручение и циклическое кручение). Предложено несколько модификаций сформулированного варианта определяющих соотношений, связанных с выбором уравнений для вычисления D и способа построения поверхности нагружения. 4. Предложенный вариант определяющих соотношений с одной внутренней переменной запрограммирован в качестве пользовательской подпрограммы средствами пакета для конечно-элементного моделирования процессов ОМД QForm7. Полученный программный код использован для моделирования поведения крупнозернистого титанового сплава в процессе горячей обработки давлением. Решены тестовые задачи, близкие по постановке к реальным технологическим процессам ОМД; продемонстрирована эволюция структуры в процессе получения изделия; даны некоторые рекомендации по области применимости модели. 5. Один из основных выводов, полученных в рамках работы по Проекту при изучении определяющих соотношений, претендующих на описание эволюции микроструктуры (например, JMAK) в ходе технологического процесса ОМД, состоит в том, что мало изученной и наиболее важной для приложений является проблема выяснения области применимости рассмотренных моделей. Решение этой проблемы требует проведения виртуальных и натурных экспериментов по специальным программам и организации соответствующего банка данных.