Научная проблема, на решение которой направлен проект
Моделирование функционально-механического поведения сплавов с памятью формы с учетом их реономных свойств.
Научная значимость и актуальность решения обозначенной проблемы
Решение обозначенной проблемы важно для понимания закономерностей протекания деформационных процессов в СПФ - мартенситных превращений, переориентации мартенсита, пластической деформации, эволюции деформационных дефектов - с учетом их зависимости от скорости нагрева, охлаждения, деформирования или приложения нагрузки, в частности, от выдержек образцов во времени. Развитие средств моделирования с учетом влияния фактора времени является актуальной задачей, имеющей также большое практическое значение для разработки и проектирования устройств в различных областях техники, в особенности относящихся к транспортной и аэрокосмической отраслям. К ним прежде всего относятся удародемфирующие, вибродемпфирующие и виброизолирующие устройства, а также быстро срабатывающие термомеханические приводы и устройства расчековки.
Конкретная задача - учет зависимости функциональных свойств сплавов с памятью формы от скоростей деформирования, приложения нагрузки, нагревания или охлаждения.
Впервые в рамках микроструктурной модели будут сформулированы определяющие соотношения, описывающие зависимость протекания фазового превращения во времени. Будет решен ряд задач по расчету деформации образцов из СПФ при их нагружении и нагревании (охлаждении) с разными скоростями. На основе новой модели будет выполнен расчет изменения количества мартенсита и деформации за счет изотермического превращения при выдержке образца в изобарных и изотермических условиях. Будет выполнено совместное интегрирование определяющих уравнений с уравнениями теплопередачи и выявлено влияние скорости приложения нагрузки на развитие псевдоупругой деформации.
Достижимость решения поставленной задачи обусловлена успешной практикой применения микроструктурной модели СПФ для описания функциональных свойств СПФ, для решения с ее использованием одномерных краевых задач, квалификацией и опытом участников проекта, наличием экспериментальных установок для проведения механических испытаний образцов на современном уровне.
Имеющийся у коллектива исполнителей научный задел по проекту
К настоящему времени сформулирована и реализована на компьютере (на языке С++) оригинальная микроструктурная модель деформации СПФ, позволяющая рассчитывать фазово-структурную деформацию и микропластическую деформацию (аккомодацию мартенсита). Модель позволяет описывать все основные функционально-механические свойства СПФ: псевдоупругость, псевдопластичность (мартенситную неупругость), пластичность превращения, полный и неполный возврат деформации (эффект памяти формы), эффект обратимой памяти формы, генерацию напряжений [1-4]. Предложен критерий разрушения, позволяющий получать оценку циклической долговечности элементов из сплавов с памятью формы в условиях накопления деформационных дефектов, связанных с аккомодационной пластичностью [5, 6]. Имеется опыт выполнения экспериментальных исследований функционально-механического поведения СМА [7], в том числе после деформирования с различными скоростями [8].
1. Volkov, A.E., Evard, M.E. et al. Simulation of payload vibration protection by shape memory alloy parts // Journal of Materials Engineering and Performance 23 (7), 2014, pp. 2719-2726
2. Belyaev, F., Evard, M., Volkov, A. et. al. A Microstructural Model of SMA with Microplastic Deformation and Defects Accumulation: Application to Thermocyclic Loading // Materials Today: Proceedings 2, 2015, pp. S723-S726
3. Belyaev F.S., Volkov A.E., Evard M.E. Modeling of deformation and functional properties of shape memory alloys based on a microstructural approach // Shape Memory Alloys: Properties, Technologies, Opportunities. / Resnina N.N., Rubanik V.V. (eds.). Pfaffikon, Switzerland: Trans Tech Publications Ltd, 2015. pp. 20-37.
4. Aleksandr E. Volkov, Fedor S. Belyaev, Margarita E. Evard and Natalia A. Volkova Model of the Evolution of Deformation Defects and Irreversible Strain at Thermal Cycling of Stressed TiNi Alloy Specimen // MATEC Web of Conferences. 2015. V. 33. art. 03013. 5p.
5. Беляев Ф.С., Волков А.Е., Евард М.Е. Моделирование необратимой деформации и разрушения никелида титана при термоциклировании // Деформация и разрушение материалов. 2017. № 5. С. 12–17.
6. Belyaev F.S., Volkov A.E., Evard M.E. Microstructural modeling of fatigue fracture of shape memory alloys at thermomechanical cyclic loading // AIP Conference Proceedings Vol. 1959, art. 070003 (2018), 8p.
7. Belyaev, F. S., Evard, M. E., Ostropiko, E. S., Volkov, A. E. (2020). Experimental study and modeling of the fatigue fracture of high-strength FeMnSi-based shape memory alloy. Paper presented at the Procedia Structural Integrity, , 28 2110-2117.
8. Ostropiko, E. S., Konstantinov, A. Y. (2021). Influence of the compression rate at various temperatures on the functional properties of the NiTi shape memory alloy. Letters on Materials, 11(2), 223-228.
