1147

На рис. 5 представлены: зависимость напряжения от деформации (рис. 5, а) и зависимость средней температуры образца от времени (рис. 5, б) в процессе динамического сжатия. В приведённом масштабе механические и термодинамические характеристики отличаются незначительно.

Средняя температура образца существенно быстрее возрастает при сухом трении и остаётся примерно постоянной в течение дальнейшего наблюдения. Рост температуры позволяет высказать предположение о том, что наибольшие по величине источники тепла возникают

вобъёме материала и за время наблюдения (порядка 1 мс) температура успевает перераспределиться.

Смазка на поверхности образца замедляет динамику роста температуры, но позволяет достичь более высоких значений температуры на завершающих стадиях. При этом конечные значения температуры для всех образцов равны (109±3) °С.

На рис. 6 представлены зависимости напряжения от деформации

впроцессе пластического течения материала.

Напряжение, Па

Деформация

Рис. 6. Зависимости напряжения от деформации в процессе пластического течения материала при различных условиях трения на поверхностях стержней

Анализ результатов, представленных на рис. 6, позволяет сделать вывод о том, что использование смазки влияет на характер пластического течения. В условиях сухого трения механический процесс де-

141

формирования является неустойчивым и сопровождается осцилляциями напряжения. Использование смазки позволяет уменьшить осцилляции величины напряжения, при этом использование циатимовой смазки позволяет добиться хорошей повторяемости результатов при сохранении величины предела пропорциональности. Однако максимальное напряжение существенно превышает напряжение, достигнутое без смазки. Использование силиконовой смазки приводит к уменьшению предела пропорциональности при сохранении величины максимального напряжения. Рассмотренные особенности сказываются на точности измерения предельных механических характеристик материала (в пределах 7 %).

Интегральные характеристики процесса деформирования существенно менее чувствительны к использованию смазки. Результаты расчёта величин затраченной и диссипированной энергий с доверительным интервалом 0,9 представлены в таблице. Методика расчёта соответствовала методике, предложенной в [1].

Влияние условий трения на долю диссипированной энергии при динамическом сжатии материала

Анализ данных, представленных в таблице, позволяет сделать вывод о совпадении полученных результатов с ранее опубликованными в [1] и утверждать, что условия трения (как минимум для исследованных типов смазки) слабо влияют на интегральные механические и термодинамические характеристики процесса динамического сжатия.

Выводы

В работе исследованы особенности процесса динамического сжатия субмикрокристаллического титана с использованием установки Гопкинсона–Кольского, совмещённой с высокоскоростной инфракрасной камерой. В частности, детально исследованы особенности пластического течения и эволюции температуры материала в зависимости от условий трения между образцом и нагружающими стержнями.

142

Основным результатом работы является вывод о том, что при всех исследованных условиях проведения эксперимента интегральные характеристики процесса (величина затраченной и диссипированной энергии) изменяются в пределах 6 % и соответствуют ранее опубликованным результатам. Наличие смазки влияет на характер протекания процесса и является параметром, требующим оптимизации, но не вносит дополнительных ошибок, связанных с процессами горения или выделения тепла за счёт избыточного трения.

Изменение условий трения влияет на характер процесса деформирования и особенности распределения температуры на поверхности образца. В условиях сухого трения наблюдаются осцилляции величины напряжения и ярко выраженные участки гипотермии на фронтальной и задней поверхностях образца. Улучшение условий трения приводит к сглаживанию зависимости напряжения от деформации и гомогенизации распределения температуры. Предложенная методика позволяет детально исследовать особенности проведения эксперимента и осуществлять оптимальный выбор его условий.

Благодарности

Авторы работы выражают признательность профессору Р.З. Валиеву и доктору И.П. Семёновой за предоставленный материал для испытаний. Работа выполнена при частичной поддержке грантов РФФИ

(11-01-00153-а, 11-01-96005-р_урал_а).

Библиографический список

1.Экспериментальное исследование закономерностей диссипации энергии при динамическом деформировании нанокристаллического титана / О. Плехов, В. Чудинов, В. Леонтьев, О. Наймарк // ПЖТФ. – 2009. – Т. 35, вып. 2. – С. 82–90.

2.Bever M.B., Holt D.L., Tichener A.L. The stored energy of cold work // Progress in Material Science. – 1973. – No. 17. – P. 1–190.

3.A thermodynamic internal variable model for the partition of plastic

work into heat and stored energy in metals / P. Rosakis, A.J. Rosakis, G. Ravichandran, J. Hodowany // J. Mech. and Phys. Solids. – 2000. – No. 48. – P. 581–607.

143

4.Oliferuk W., Maj M., Raniecki B. Experimental analysis of energy storage rate components during tensile deformation of polycrystals // Materials Science and Engineering A. – 2004. – Vol. 374. – P.77–81.

5.Плехов О.А., Santier N., Наймарк О.Б. Экспериментальное исследование накопления и диссипации энергии при упругопластическом переходе // ЖТФ. – 2007. – T. 77, вып. 9. – С. 1236–1238.

6.Теоретическое и экспериментальное исследование диссипации энергии в процессе локализации деформации в железе / О.А. Плехов,

О.Б. Наймарк // ПМТФ. – 2009. – Т. 50, вып. 1. – С. 153–164.

7.Исследование особенностей диссипации и накопления энергии

внанокристаллическом титане при квазистатическом и динамическом нагружении / О.А. Плехов, В.В. Чудинов, В.А. Леонтьев, О.Б. Наймарк // Вычислительная механика сплошных сред. – 2008. – Т. 1, №4. – С. 69–78.

8.Кольский Г. Исследование механических свойств материалов при больших скоростях нагружения // Механика. – 1950. – № 4. –

С. 108–119.

9.О применении классического анализа опытов с разрезным стержнем Гопкинсона / С.Л. Лопатников, Б.А. Гама, К. Краутхаузер,

Дж. Джиллеспи // ПЖТФ. – 2004. – Т. 30, вып. 3. – С. 39–46.

Получено 15.05.2011

144

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Арсеньев Илья Дмитриевич

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Студент кафедры механики и процессов управления 197342, г. Санкт-Петербург, ул. Торжковская, 1, корп. 2, к. 149. E-mail: ilya.arsenyev@gmail.com

Банников Михаил Владимирович

Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН, г. Пермь Аспирант 614013, г. Пермь, ул. Ак. Королева, 1

E-mail: mbannikov@icmm.ru

Баранникова Светлана Александровна

Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН, г. Томск Д-р физ.-мат. наук, вед. науч. сотр.

634021, г. Томск, пр. Академический, д. 2/4 E-mail: bsa@ispms.tsc.ru

Боровков Алексей Иванович

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Канд. техн. наук, профессор кафедры механики и процессов управления, замректора по перспективным проектам СПбГПУ 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29

E-mail: Borovkov@compmechlab.com

Вильдеман Валерий Эрвинович

Пермский государственный технический университет Д-р физ.-мат. наук, профессор, директор центра экспериментальной

механики ПГТУ, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций 614990, Пермь, Комсомольский пр., 29

E-mail: wildemann@pstu.ru

Волегов Павел Сергеевич

Пермский государственный технический университет Ассистент кафедры математического моделирования систем и процессов 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

E-mail: crocinc@mail.ru

145

Голубкова Ирина Андреевна

Институт машиноведения Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург Мл. науч. сотр. лаборатории микромеханики материалов

620049, г. Екатеринбург, ул. Комсомольская, д.34, к. 523 E-mail: irincha@imach.uran.ru

Гольдштейн Роберт Вениаминович

Институт проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН, г. Москва Д-р физ.-мат. наук, член-корр. РАН, профессор, заслуженный деятель науки РФ, академик Европейской академии наук, заведующий лабораторией 119526, Москва, пр. Вернадского, 101, корп. 1

E-mail: goldst@ipmnet.ru

Епифанов Виктор Павлович

Институт проблем механики имени А.Ю. Ишлинского РАН, г. Москва Канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр.

119526, Москва, пр. Вернадского, 101, корп. 1 E-mail: evp@ipmnet.ru

Зуев Лев Борисович

Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН, г. Томск

Д-р физ.-мат. наук, профессор, замдиректора Института машиноведения 634021, г. Томск, пр. Академический, д. 2/4

E-mail: bsa@ispms.tsc.ru

Исрафилова Екатерина Юрьевна

Научно-исследовательский институт полимерных материалов, г. Пермь Ст. науч. сотр.

614113, г. Пермь, ул. Чистопольская,16 E-mail: Katerinakat2010@yandex.ru

Колмогоров Герман Леонидович

Пермский государственный технический университет Д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой динамики и прочности машин, заслуженный работник высшей школы РФ,

академик Российской академии естественных наук, Академии навигации и управления движением 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

E-mail: dpm@pstu.ru

146

Мельникова Татьяна Евгеньевна

Пермский государственный технический университет Канд. техн. наук, доцент кафедры динамики и прочности машин 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

E-mail: dpm@pstu.ru

Плехов Олег Анатольевич

Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН, г. Пермь Д-р физ.-мат. наук, ст. науч. сотр.

614013, г. Пермь, ул. Ак. Королева, 1 E-mail: poa@icmm.ru

Смирнов Сергей Витальевич

Институт машиноведения Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург 620049, г. Екатеринбург, ул. Комсомольская, д.34, к. 522 б.

E-mail: svs@imach.uran.ru

Смирнова Евгения Олеговна

Институт машиноведения Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург Канд. техн. наук, мл. науч. сотр. лаборатории микромеханики материалов 620049, г. Екатеринбург, ул. Комсомольская, д.34, к. 443

E-mail: evgeniya@imach.uran.ru

Терехина Алена Ильинична

Пермский государственный технический университет Студентка 614013, г. Пермь, ул. Профессора Поздеева, 11

E-mail: _pretty_girl_90@mail.ru

Третьяков Михаил Павлович

Пермский государственный технический университет Мл. науч. сотр., инженер Центра экспериментальной механики ПГТУ 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

E-mail: cem_tretyakov@mail.ru

Третьякова Татьяна Викторовна

Пермский государственный технический университет Мл. науч. сотр., инженер Центра экспериментальной механики ПГТУ 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

E-mail: cem.tretyakova@gmail.com

147

Трофимов Виктор Николаевич

Пермский государственный технический университет Д-р техн. наук, профессор кафедры динамики и прочности машин 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

E-mail: dpm@pstu.ru

Трусов Петр Валентинович

Пермский государственный технический университет Д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой математического моделирования систем и процессов 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29

E-mail: tpv@matmod.pstu.ac.ru

Чудинов Василий Васильевич

Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН, г. Пермь Инженер 614013, г. Пермь, ул. Ак. Королева, 1

Шевченко Денис Владимирович

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Канд. техн. наук, доцент кафедры механики и процессов управления 191186, г. Санкт-Петербург, Волынский пер., 3, корп. A

E-mail: Denis.Shevchenko@siemens.com

148

ABSTRACTS AND KEYWORDS

I.D. Arsenyev, D.V. Shevchenko, A.I. Borovkov Finite element modeling and research of contact stresses evolution in process of starting of railway wheel

The problem of contact interaction between rail and wheel in case of fixed wheel, in case of wheel starting its rolling and in case of steady rolling is being studied. The influence of relative position of wheel and rail on the deformed state of the system was studied to determine optimal position in terms of stress minimization. Evolution of contact stresses distribution throughout different stages of wheel starting process was recovered. It was shown that in the process of wheel starting higher values of stresses were achieved, comparing to steady-rolling, which should be considered for wear prediction of the wheel. Distributions of contact stresses in case of steady rolling were investigated. Also zones of relative slip and stick of wheel and rail surfaces were recovered.

Keywords: mathematic modeling, finite element methods, contact interaction, railway, wheel, rolling.

M.A. Bannikov, A.I. Terekhina, O.A. Plekhov Experimental study of heat dissipation process peculiarities into fatigue crack tip

The paper is devoted to an infrared thermography study of heat generation in titanium alloy ВТ6 under cyclic loading. Two series of experiments on smooth specimens and on specimens with preliminary grown fatigue crack are carried out. Spatial and time temperature evolution into crack tip is investigated, the form and intensity of intensive heat dissipation zone is defined. Based on a result of comparative analysis of the experimental data and the linear fracture mechanics equations it is shown that the spatial form and character of heat dissipation zone into crack tip doesn’t correspond to the simple theoretical models.

Keywords: fatigue, energy dissipation in crack tip, thermo elasticity effect, infrared thermography.

R.V. Goldstein, V.P. Epifanov Measurements of ice adhesion to other materials

We study the adhesion strength of the ice crust freezed on the surface of the structure element, depending on conditions at the boundary, including the ratio of shear and normal stresses and the influence of lateral constraint, the geometry of the surface and an-

149

tiadhesion coating. In accordance with the objective of the study we proposed the methods and devices for measuring the adhesion of ice to other materials, in particular to the cylindrical samples in a combined shear (along the axis of the specimen and in the circumferential direction). It is shown that even a small shear in the circumferential direction essentially reduces adhesion resistance to axial shear. The adhesion of ice to the real structural element of current-carrying cable with and without antiadhesion coating was studied. The conclusions about the practical application of the results were made.

Keywords: ice adhesion to solids, methods and experimentals apparatus, shear and normal stresses, adhesion strength.

L.B. Zuev, S.A. Barannikova On the wave nature of the plastic deformation’s macroscopic localization in metals

The basic laws of the macroscopic localization of plastic deformation in metals and alloys tension are considered. It is shown that the macrolocalization effect is common to all metals and alloys as in the monoas polycrystalline states and is appeared at all stages of plastic flow, regardless of the crystal lattice and the deformation mechanism (dislocation slipping, twinning). The wave nature of strain localization is satisfied. Characteristics of the waves of localized deformation such as propagation speed, wavelength and dispersion are discussed.

Keywords: plastic strain, localization, wave velocity, dispersion.

E.Y. Israphilova Investigation of UV-radiation effects on the structure of thermo-protective covering of rocket motor cases from divinyl-isoprene rubber

In this work the results of direct visualization of changes of surface of divinylisoprene rubber 51-1667 under UV-radiation impact in air atmosphere, received via Atomic-Force Microscopy (AFM) are given. It was shown that after the radiation on the surface of rubber samples a variety of cracks and recesses with the depth in the range between 200…700 nm is observed.

Keywords: UV-radiation, thermo-protective covering, surface, lamp, mechanical properties.

G.L. Kolmogorov, V.N. Trofimov, T.E. Melnikova Production of superconducting materials the structure of the A15 for the magnetic system of the international thermonuclear experimental reactor (ITER)

The current state of research on the creation and release in Russia of superconducting materials with the structure A15, intended for magnetic the system of the international thermonuclear experimental reactor (ITER). Improvement of technological processes of

150