Звіт про науково-дослідну роботу: ”Комп'ютерне моделювання та оптимізація новітніх методів низькотемпературної консолідації, полегшеної зсувом, дрібнодисперсних та нанопорошків, їх спікання, поєднане з дією зовнішніх сил та кінематичних обмежень”

Abstract

МЕТА РОБОТИ - моделювання та оптимізація нових методів пресування та спікання нано та дрібнодисперсних порошків, що дозволяють контролювати еволюцію внутрішньої структури порошкового тіла в процесі консолідації. ОБ'ЄКТ ДОСЛІДЖЕНЬ - технології ущільнення, формоутворення та структуроутворення порошкових матеріалів із застосуванням складних траєкторій деформування. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ - теоретичний аналіз, формулювання моделей та комп'ютерне моделювання із застосуванням методу скінчених елементів. Запропоновано модель пластичного деформування порошково-пористих середовищ, яка, навідміну від існуючих, поряд із пористістю, накопиченою деформацією матеріалу твердої фази, чутливістю часток порошку до зчеплення, враховує також і здатність матеріалу часток до деформування. Модель описує деформацію порошків і пористих тіл, а також матеріалів з недосконалими контактами: сирих пресовок, пошкоджених і не повністю спечених порошкових виробів (чутливість до знаку навантаження й складу шихти). Вона дозволяє описувати ефект росту пористості при негативних (стиск) величинах гідростатичного тиску під дією зсувних напружень. На підставі використання моделі встановлено, що реалізація таких схем деформування, які характеризуються значними деформаціями зсуву пов'язана із ризиком зростання темпу накопичення пошкоджень і росту пористості. Запобіганняруйнуванню можливо за рахунок застосування схем деформування, що забезпечують певне підвищення гідростатичної складової тензора напружень. Обчисленнями встановлено діапазон навантажень, що припускає таке підвищення. Зокрема, встановлені граничні значення можливого протитиску. Запропоновано метод комп'ютерного моделювання порошкових матеріалів, що поєднує особливості методів скінчених і дискретних елементів. Метод враховує контактну взаємодію між окремими частками або їх агломератами та дозволяє аналізувати напружено-деформований стан як часток і гіперчасток, так і всього тіла в цілому. На відміну від існуючих, запропонований метод дозволяє враховувати внутрішню пористість часток, а також можливість їх взаємного проковзування. Сформульовано узагальнений критерій в'язкого руйнування при пластичній обробці матеріалів, що містять дефекти. Критерій безпосередньо пов'язаний із вмістом дефектів та їх еволюцією. Методом скінчених елементів із використанням засобів теорії малих збурень були встановлені особливості розвитку смуг зсуву та їх орієнтація відносно напряму навантаження. Утворення смуги при одновісному розтягуванні пористих спечених матеріалів є наслідком нестійкої деформації і супроводжується катастрофічним зростанням пористості в області смуги. Вказаний феномен може служити передвісником руйнування при пластичній деформації пористих тіл і розглядатися як його критерій. Методами обчислювальної мікромеханіки із застосуванням методу скінчених елементів вдалося встановити особливості пружно - пластичного переходу в пористих тілах. На підставі отриманих результатів може бути обраний критерій набуття матеріалом в цілому пластичних властивостей. Він може бути сформульований як момент зовнішнього навантаження, що відповідає утворенню нескінченого кластеру із різних пластичних зон, що виникають як на границі комірки, так і на поверхні пори. Розглянуто процес ущільнення пористого матеріалу, що містить площинні дефекти за рахунок одночасної дії спікання та зовнішнього розтягуючого напруження. Аналіз процесу базується на узагальненій моделі незворотно стисливого середовища, що містить пори і площинні дефекти. На підставі даної моделі отримано співвідношення для кінетики ущільнення та осьової деформації.Їх використання дозволяє зробити висновок про уповільнення спікання та можливість розпушення при спіканні, суміщеному із повзучістю за рахунок площинних дефектів. Отримані результати дозволять уникати процесів руйнування при застосуванні технологій спікання, суміщеного із зовнішнім навантаженням. КЛЮЧОВІ СЛОВА: ПРЕСУВАННЯ ПОРОШКІВ, ЗСУВНІ ДЕФОРМАЦІЇ, ЕВОЛЮЦІЯ МІКРОСТРУКТУРИ, СПІКАННЯ, РОЗВИТОК ДЕФЕКТІВ, РОЗШАРУВАЛЬНІ СМУГИ, ТЕХНОЛОГІЧНА МІЦНІСТЬ, ПОВЕРХНЯ ТЕКУЧОСТІ.