Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Biến dạng đối xứng hình cầu của các chất rắn với tính chất phụ thuộc vào trạng thái ứng suất phi tuyến
Tóm tắt
Dữ liệu thực nghiệm hiện có cho thấy tính nhạy cảm đáng kể của thuộc tính đối với trạng thái ứng suất của một lớp rộng các chất rắn, bao gồm kim loại, đá, nhựa và các vật liệu cấu trúc khác. Các tham số thông thường được sử dụng để mô tả trạng thái ứng suất của vật liệu là độ ba trục ứng suất và góc Lode. Tuy nhiên, chỉ có sự phụ thuộc của tiêu chí gãy về loại trạng thái ứng suất thường được xem xét. Trong bài báo này, một phiên bản của các quan hệ định luật được đề xuất, cho phép mô tả sự phụ thuộc vào trạng thái ứng suất của các thuộc tính vật liệu trong toàn bộ quá trình biến dạng và do đó cung cấp một cách tiếp cận chính xác hơn để ước lượng trạng thái ứng suất - biến dạng của các chất rắn. Cách tiếp cận được đề xuất được minh họa với các giải pháp của nhiều bài toán đối xứng hình cầu cho các chất rắn phi tuyến vật lý. Có thể nhận thấy rằng tính nhạy cảm của trạng thái ứng suất được xem xét có thể dẫn đến những sai lệch đáng kể của các giải pháp đạt được so với các dự đoán của các mô hình cổ điển. Mặc dù các quan hệ định luật chủ yếu là phi tuyến, trong một số trường hợp cụ thể, một giải pháp phân tích cho bài toán có thể được thu được. Cách tiếp cận được thảo luận trong bài báo này cung cấp một mô hình liên tục tương đối đơn giản nhưng thực tế có khả năng mô tả các đặc điểm biến dạng phức tạp của vật liệu.
Từ khóa
#ứng suất #trạng thái ứng suất #phi tuyến #biến dạng #mô hình liên tụcTài liệu tham khảo
Bai, Y., Wierzbicki, T.: A new model of metal plasticity and fracture with pressure and Lode dependence. Int. J. Plast. 24, 1071–1096 (2008). https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2007.09.004
Brünig, M., Brenner, D., Gerke, S.: Stress state dependence of ductile damage and fracture behavior: experiments and numerical simulations. Eng. Fract. Mech. 141, 152–169 (2015). https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2015.05.022
Brünig, M., Schmidt, M., Gerke, S.: A fracture criterion for ductile metals based on critical damage parameters. Contin. Mech. Thermodyn. 33, 1011–1022 (2021). https://doi.org/10.1007/s00161-020-00944-7
Seidt J.D.: Plastic Deformation and ductile fracture of 2024-T351 aluminum under various loading conditions, PhD Thesis, Ohio State University (2010)
Du Bois P., Buyuk M., He J., Kan S.: Development, implementation and validation of 3-D failure model for aluminium 2024 for high speed impact applications. 2nd Russian LS-DYNA Users Conference October 7-8, Dalnaya Dacha, Russia (2010)
Zapara, M.A., Tutyshkin, N.D., Müller, W.H., Wille, R.: Experimental study and modeling of damage of Al alloys using tensor theory. Contin. Mech. Thermodyn. 22, 99–120 (2010). https://doi.org/10.1007/s00161-009-0134-0
Tutyshkin, N.D., Lofink, P., Müller, W.H., Wille, R., Stahn, O.: Constitutive equations of a tensorial model for strain-induced damage of metals based on three invariants. Contin. Mech. Thermodyn. 29, 251–269 (2017). https://doi.org/10.1007/s00161-016-0529-7
Mirone, G., Corallo, D.: A local viewpoint for evaluating the influence of stress triaxiality and Lode angle on ductile failure and hardening. Int. J. Plast. 26, 348–371 (2010). https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2009.07.006
Fourmeau, M., Børvik, T., Benallal, A., Hopperstad, O.S.: Anisotropic failure modes of high-strength aluminium alloy under various stress states. Int. J. Plast. 48, 34–53 (2013). https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2013.02.004
Serban, D.-A., Negru, R., Filipescu, H., Marşavina, L.: Investigations on the influence of the triaxial state of stress on the failure of polyurethane rigid foams. Contin. Mech. Thermodyn. (2020). https://doi.org/10.1007/s00161-020-00924-x
Novozhilov, V.V.: The physical meaning of the stress invariants utilized in the theory of plasticity. PMM (Appl. Math. Mech.) 16(5), 617–619 (1952)
Lomakin, E.V.: Mechanics of media with stress-state dependent properties. Phys. Mesomech 10, 255–264 (2007). https://doi.org/10.1016/j.physme.2007.11.004
Lomakin, E.V.: Constitutive models of mechanical behavior of media with stress state dependent material properties. In: Altenbach, H., et al. (eds.) Mechanics of Generalized Continua Advanced Structured Materials, vol. 7, pp. 339–350. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg (2011)
Lomakin, E.V., Rabotnov, Yu.N.: A theory of elasticity for an isotropic body with different moduli in tension and compression. Mech. Solids 13(6), 29–34 (1978)
Sergeichev, I., Fedulov, B., Fedorenko, A., Zershchikov, K., Lomakin, E., Akhatov, I.: Constitutive material model for the design and virtual testing of pressure vessel service equipment manufactured from thermoplastic fiber-reinforced polymer composites. Int. J. Press. Vessel. Pip. 193, 104475 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2021.104475
Lomakin, E.V., Tishin, P.V.: Constitutive relations for materials with strain state dependent properties. PNRPU Mech. Bull. 1, 52–62 (2021). https://doi.org/10.15593/perm.mech/2021.1.06
Gao, X., Zhang, T., Hayden, M., Roe, Ch.: Effects of the stress state on plasticity and ductile failure of an aluminum 5083 alloy. Int. J. Plast. 25, 2366–2382 (2009). https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2009.03.006
Alexandrov, S., Jeng, Y.-R.: Damage evolution in an expanding/contracting hollow sphere at large strains. Contin. Mech. Thermodyn. 23, 573–580 (2011). https://doi.org/10.1007/s00161-011-0192-y
Bonora, N., Gentile, D., Pirondi, A., Newaz, G.: Ductile damage evolution under triaxial state of stress: theory and experiments. Int. J. Plast. 21, 981–1007 (2005). https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2004.06.003
Thomesen, S., Hopperstad, O.S., Myhr, O.R., Børvik, T.: Influence of stress state on plastic flow and ductile fracture of three 6000-series aluminium alloys. Mater. Sci. Eng. A 783, 139295 (2020). https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139295
Tucker, M.T., Horstemeyer, M.F., Whittington, W.R., Solanki, K.N., Gullett, P.M.: The effect of varying strain rates and stress states on the plasticity, damage, and fracture of aluminum alloys. Mech. Mater. 42, 895–907 (2010). https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2010.07.003
Rodriguez, O.L., Allison, P.G., Whittington, W.R., El Kadiri, H., Rivera, O.G., Barkey, M.E.: Strain rate effect on the tension and compression stress-state asymmetry for electron beam additive manufactured Ti6Al4V. Mater. Sci. Eng. A 713, 125–133 (2018). https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.12.062
Wei, X., Zhang, X., Cai, M., Peng, Zh., Liu, Y., Lian, Ch., Peng, H., Hodgson, P.: Stress-state-dependent deformation and fracture behaviors in a cold-rolled 7Mn steel. Mater. Sci. Eng. A 831, 142102 (2022). https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142102
Lomakin, E.V., Shchendrigina, O.P.: Stress and strain fields in a disk of physically nonlinear material with stress state dependent properties. Mech. Solids 55(4), 475–481 (2020). https://doi.org/10.3103/S0025654420040081
Belyakova, T.A.: Asymptotic solution for a crack in the elastic medium with variable properties under the conditions of plane stress. Moscow Univ. Mech. Bull. 1, 31–36 (2001)
Lomakin, E.V., Beliakova, T.A.: Plane strain crack problems for elastic materials with variable properties. Int. J. Fract. 128, 183–193 (2004). https://doi.org/10.1023/B:FRAC.0000040981.93770.8b
Belyakova, T.A., Lomakin, E.V.: Elastoplastic deformation of a dilatant medium subjected to a plane stress state near a crack tip. Mech. Solids 39(1), 81–87 (2004)
Lomakin, E.V.: Torsion of cylindrical bodies with varying strain properties. Mech. Solids 43(3), 502–511 (2008). https://doi.org/10.3103/S0025654408030217