ИСТИНА

Цели НИР 1. Будет сформулирована модель повреждаемой среды с двумя внутренними параметрами вместе с критерием разрушения энергетического толка, способная описать комбинированное разрушение как пластическими, вязкими, так и хрупкими механизмами накопления внутренних микроструктурных повреждений. 2. На основе более общего аналитического решение нестационарного двумерного нелинейного уравнения теплопроводности, будет получено аналитическое решение ряда двумерных задач термоупрогости. 3. Предполагается развить метод граничных элементов в приложении к задачам определения термонапряжений при лазерном нагреве на случай упруго-пластического течения. При этом будет применен метод сведения на круг текучести, развитый в работах Уилкинса и активно используемый в работах авторов-исполнителей работ по данному гранту (А.Б. Киселев, М.В. Юмашев). 4. Будет создана компьютерная программа расчета НДС образца при лазерном локальном воздействии методом граничного элемента. 5. На основе результатов экспериментов по управляемому пластическому течению поверхностных слоев вращающихся цилиндрических металлических и керамических образцов, подверженных лазерному воздействию будет разработана методика создания поверхностей различной наперед заданной формы.

В результате проведенной работы разработана система регулирования пластического течения и подавления негативных побочных эффектов, возникающих в процессе технологической лазерной обработки элементов конструкции. Негативные эффекты связанны с возникновением больших градиентов температур в области, прилегающей к зоне локального нагрева лазерным лучом, и, соответственно, больших термомеханических напряжений, которые могут привести к растрескиванию внутренних слоев материала элемента конструкций. Кроме того, внутри самой зоны прогрева развивается интенсивное пластическое течение и, как результат, возможно возникновение больших остаточных деформаций, искажения формы поверхности, выходящие за рамки допустимых значений с точки зрения требований к эксплуатационным свойствам изделия. Дополнительные риски связаны с возможностью возникновения в зоне пластического течения остаточных растягивающих напряжений на облучаемой поверхности после остывания образца, что, в свою очередь, может привести к поверхностному растрескиванию и потере несущей способности. В качестве основных методов использовались два метода: во-первых, механическое преднагружение, в виде осевого поджатия, изгиба и вращения изделий цилиндрической формы, всестороннего сжатия по периметру изделий в виде тонких пластин, и во-вторых, активизация интенсивного теплообмена с окружающей средой по боковым плоскостям элемента конструкций. Проведены расчеты по одномерным, двумерным и осесимметричным моделям, описывающим упругопластическое поведение материалов с учетом температурной зависимости теплофизических и механических свойств материалов. Проведены сравнительные эксперименты воздействия лазера в условиях предмеханического нагружения и активного теплообмена и в отсутствии их. Показана степень эффективности предлагаемых методов. На основе численного моделирования показана возможность оптимизации параметров механического преднагружения и характеристик активного теплообмена для достижения заданных свойств течения при максимальном подавлении негативных побочных явлений, сопровождающих технологический процесс обработки материалов лазерным лучом. Получил развитие метод граничных элементов в приложении к задачам определения термонапряжений при лазерном нагреве на случай упруго-пластического течения. При этом применен метод сведения на круг текучести, развитый в работах Уилкинса. В основу численно-аналитического метода граничных элементов положено аналитическое решение термоупругой задачи для полуплоскости в условиях локального нагрева потоком тепла. При этом температурная задача решается приближенным аналитическим методом, позволяющим представить решение нестационарного двумерного уравнения теплопроводности в конечном виде. Развитый приближенный метод решения температурной задачи позволяет строить решения в нелинейном случае, когда теплофизические свойства материала существенно зависят от температуры. Разработана модель повреждаемой среды с двумя внутренними параметрами вместе с критерием разрушения энергетического толка, способная описать комбинированное разрушение как пластическими, вязкими, так и хрупкими механизмами накопления внутренних микроструктурных повреждений. Применение модели позволяет оценивать возможность возникновения и роста микротрещин, их перерастание в магистральные трещины. На основе развитых методов, моделей и компьютерных программ разработан подход к оптимизации процесса лазерной обработки материалов с точки зрения требований к эксплуатационным свойствам изделия. В 2012 г. участниками проекта были сделаны доклады на следующих научных формулах: - на 7-ом Международном конгрессе Хорватского Сообществи механиков (май 2012 г., Задар, Хорватия); - на Ломоносовских чтениях (Москва, МГУ, апрель 2012 г.) - 2 доклада; - на Международной конференции "Advanced Problems in Mechanics" (С.-Петербург, июль 2012 г.) - 2 доклад - В 2013 г. участниками проекта были сделаны доклады на следующих научных формулах: - - на XII Международной конференции по вычислительной пластичности (сентябрь 2013 г., Барселона, Испания) - 2 доклада; - на Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2013" (апрель 2013 г., Москва) - 2 доклада; - В 2014 г. участниками проекта были сделаны доклады на следующих научных формулах: - Ломоносовские чтения. Секция механики. 14–23 апреля 2014 г., Москва, МГУ имени М. В. Ломоносова (два доклада). - Результаты проведенных в 2012-2014 гг. исследований опубликованы в ведущих научных Российских журналах (Вестник Моск. у-та. Сер. 1. Матем. Механ.; Машиностроение и инженерное образование), а также приняты в печать Редколлегиями этих журналов. Результаты исследований участников проекта отмечены в 2014 г. медалями Федерации космонавтики России им. Г.А. Тюлина (Киселев А.Б., Юмашев М.В.), медалями МГУ им. М.В. Ломоносова им. профессора А.Я. Сагомоняна (Киселев А.Б., Юмашев М.В.).