Российские инженеры показали, что теоретические расчеты, которые традиционно применяются для описания сжатия металлических заготовок, не учитывают важное свойство материалов — анизотропность. Ученые предложили новый подход, который учел недостающее свойство и показал, что итоговый результат в таком случае меняется на 15–20%. Исследование опубликовано в журнале Materials.
Нужные детали получают с помощью обработки металлов давлением. К этому технологическому процессу относятся, например, прокатка, прессование, штамповка, а также осадка металлических цилиндров — сжатие их между плоскими пластинами. Практическое применение осадки сопровождается теоретическими моделями, однако они основаны на изначально неверном допущении. Обычно предполагается, что свойства материала изотропны, то есть одинаковы во всех направлениях. В действительности это не так — свойства анизотропны. Инженеры из Российского университета дружбы народов предложили новый подход к теоретическим расчетам и показали, что учет анизотропии значительно влияет на осадку цилиндра.
«Анализ осадки металлического цилиндра обычно основывается на изотропных моделях. Есть исключение, в котором рассматривается полый цилиндр. Однако там игнорируется режим прилипания. Поэтому его практическая ценность также сомнительна. Нашей целью было на простом примере продемонстрировать, что анизотропия, распространенное свойство металлических материалов, не должна игнорироваться для процессов обработки металлов давлением», — рассказал доктор технических наук Сергей Александров, профессор департамента строительства РУДН.
Исследователи рассмотрели задачу, в которой целый металлический цилиндр зажимается двумя параллельными пластинами. Задана скорость, с которой движутся пластины, известны размеры цилиндра. Считается, что физические свойства цилиндра ортотропны, то есть различаются по трем перпендикулярным направлениям. За основу теоретического анализа инженеры РУДН взяли теорему о верхней оценке. Для расчетов также применили критерий разрушения Мизеса — Хилла, который связывает между собой напряжения вдоль разных осей в определенной комбинации.
Ученые проверили теоретические выкладки на численных примерах — четырех материалах с разными анизотропиями. Результаты показали, что учет анизотропии влияет на силу, которую необходимо применить, чтобы осадить цилиндр. Причем как в меньшую, так и в большую сторону. Разница в силе составила 15–20%. Это объясняется тем, что из-за анизотропии внутри цилиндра возникают области, которые по-разному взаимодействуют друг с другом — трутся, прилипают.
«Отличительная особенность решения в том, что учитывается пластическая анизотропия и наличие жесткой области. Существование жесткой области автоматически означает, что существует область трения. Можно сделать вывод, что пластическая анизотропия влияет на предельную нагрузку, необходимую для деформации образца. Она может увеличить или уменьшить предельную нагрузку по сравнению с изотропным случаем», — объяснил Сергей Александров.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
