Plastic strain localization and fracture mechanisms of metals subjected to dynamic loading
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2013.6.4.51Keywords:
plasticity, defects, fracture, shear, dynamic loading, target perforationAbstract
The mechanisms responsible for instability and localization of plastic shear during dynamic deformation of metals are investigated. The instability mechanisms are related to the collective effects in the ensemble of microshears in the regions of space localization. In-situ infrared scanning of the instability region and the analysis of the dislocation substructure confirm the suggestion about the key role of non-equilibrium transitions in the ensembles of defects for the localized plastic flow evolution. Equations that describe the relationships between the non-equilibrium transitions and the mechanisms of structural relaxation and plastic flow are used to model the plastic shear instability.
Downloads
References
Meyer L.W., Staskewitsch E., Burblies A. Adiabatic shear failure under biaxial dynamic compression/shear loading // Mech. Mater. – 1994. –V. 17, N. 2-3. – P. 203-214. DOI
2. Burns T.J. Does a shear band result from a thermal explosion? // Mech. Mater. – 1994. – V. 17, N. 2-3. – P. 261-271. DOI
3. Nemat-Nasser S., Li Y.F., Isaacs J.B. Experimental/computational evolution of flow stress at high strain rates with application to adiabatic shear banding // Mech. Mater. – 1994. – V. 17, N. 2-3. – P. 111-134. DOI
4. Meyers M.A., Subhash G., Kad B.K., Prasad L. Evolution of microstructure and shear-band formation in α-hcp titanium // Mech. Mater. – 1994. – V. 17, N. 2-3. – P.175-193. DOI
5. Frassengeas C., Molinari A. Instability and localization of plastic flow in shear at high strain rates // J. Mech. Phys. Solids. – 1987. – V. 35, N. 2. – P. 185-211. DOI
6. Frassengeas C., Molinari A. The time development of eulerian/lagrangian perturbatuions to simple shear and its applications to shear banding // J. Mech. Phys. Solids. – 1992. – V. 40, N. 8. – P. 1735-1756. DOI
7. Gilman J.J. Micromechanics of shear banding // Mech. Mater. – 1994. – V. 17, N. 2-3. – P. 83-96. DOI
8. Mgbokwere C.O., Nutt S.R., Duffy J. Shear band formation in 4340 steel: A TEM study // Mech. Mater. – 1994. – V. 17, N. 2-3. – P. 97-100. DOI
9. Bai Y., Xuc Q., Xu Y., Shen L. Characteristics and microstructure in the evolution of shear localization in Ti-6Al-4V alloy // Mech. Mater. – 1994. – V. 17, N. 2-3. – P. 155-164. DOI
10. Grady D.E. Dynamic of adiabatic shear// Journal de Physique IV, Colloque C3, suppl. au Jour. de Physique III. – 1991. – V. 1. – P. 653-660.
11. Коффи К.С., Армстронг Р.В. Образование областей перегрева при ударном нагружении // Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов / Под. ред. М.А. Мейерса, Л.Е. Мурра. – М.: Металлургия, 1984. – С. 67-89.
12. Роджерс Х.К., Шастри Н.В. Структурные изменения в сталях при адиабатическом сдвиге // Ударные волны и явления высокоскоростной деформации металлов / Под. ред. М.А. Мейерса, Л.Е. Мурра. – М.: Металлургия. – 1984. – С. 301-309.
13. Астанин В.В., Надеждин Г.Н., Петров Ю.Н. и др. Локализация пластической деформации при скоростном ударном деформировании алюминия и сплава АМг6 // Проблемы прочности. – 1987. – № 3. – C. 81-85.
14. Колупаева С.Н., Старенченко В.А., Попов Л.Е. Неустойчивости пластического течения в кристаллах. – Томск: Изд-во ТГУ, 1994. – 196 с.
15. Панин В.Е., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В. Структурные уровни деформации твердых тел. – Новосибирск: Наука, 1985. – 229 с.
16. Панин В.Е. Гриняев Ю.В., Данилов В.И. и др. Структурные уровни пластической деформации и разрушения. – Новосибирск: Наука, 1990. – 225 с.
17. Физическая мезомеханика и компьютерное конструирование материалов в 2-х т. / Под ред. В.Е. Панина. – Новосибирск: Наука. – 1995. – T. 1. – 297 с.; Т. 2. – 320 с.
18. Naimark O.B. Kinetic transition in ensembles of microcracks and some nonlinear aspects of fracture // Proc. IUTAM Symposium on nonlinear analysis of fracture. Cambridge, United Kingdom, September 3-7, 1995. – P. 285-298.
19. Наймарк О.Б. Коллективные свойства ансамблей дефектов и некоторые нелинейные проблемы пластичности и разрушения // Физ. Мезомех. – 2003. – Т. 6, № 4. – С. 45-72.
20. Jonas G.H., Zukas J.A. Mechanics of penetration: Аnalysis and experiment // Int. J. Eng. Sci. – 1978. – V. 16, N. 11. – P. 879-903. DOI
21. Ляпунова Е.А., Петрова А.Н., Бродова И.Г. и др. Исследование морфологии многомасштабных дефектных структур и локализации пластической деформации при пробивании мишеней из сплава А6061 // ПЖТФ. – 2012. – Т. 38, № 1. – С. 13-20.
22. Ляпунова Е.А., Петрова А.Н., Бродова И.Г. и др. Исследование закономерностей локализации пластической деформации и формирования многомасштабных дефектных структур в процессе динамического нагружения алюминиевого сплава 6061 // Физ. мезомех. – 2012. – Т. 15, № 2. – С. 61-67.
23. Соковиков М.А., Чудинов В.В., Уваров С.В. и др. Неустойчивость пластического сдвига и локализация пластической деформации при динамическом нагружении как результат структурно-кинетических переходов в системе мезодефектов // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2013. – № 2 – С. 154-175.
24. Соковиков М.А. Неустойчивость пластического сдвига при ударном нагружении как результат кинетических переходов в системе микросдвигов // Вычислительная механика. Сборник научных трудов. – 2003. – № 1. – С. 87-94.
25. Соковиков М.А. Численное исследование неустойчивости пластического сдвига при динамическом нагружении // Вестник ПГТУ. Математическое моделирование систем и процессов. – 2004. – № 12. – С. 82-88.
26. Соковиков М.А. Численное моделирование неустойчивости пластического сдвига в плоской волне сжатия // Вестник ПГТУ. Прикладная математика и механика. – 2004. – № 1. – С. 28-36.
27. Соковиков М.А. Автомодельность неустойчивости пластического сдвига при ударном нагружении как результат кинетических переходов в системе микросдвигов // Физ. мезомех. – 2004. – Т. 7, Спец. выпуск Ч. 1. – С. 332-335.
28. Соковиков М.А. Численное исследование неустойчивости пластического сдвига при высокоскоростном ударе // Деформация и разрушение материалов. – 2005. – № 7. – С. 13-17.
29. Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б., Уваров С.В. Численное моделирование откола, индуцированного мезодефектами при ударно-волновом нагружении металлов // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2010. – Т. 3, № 1. – С. 13-23. DOI
30. Савельева Н.В., Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б. Численное моделирование деформирования и разрушения металлов в условиях плоского удара // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2012. – Т. 5, № 3. – С. 300-307.
31. Баяндин Ю.В., Костина А.А., Наймарк О.Б., Пантелеев И.А. Моделирование деформационного поведения ванадия при квазистатическом нагружении // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2012. – Т. 5, № 1. – С. 33-39. DOI
32. Наймарк О.Б., Баяндин Ю.В., Леонтьев В.А., Пантелеев И.А., Плехов О.А. Структурно-скейлинговые переходы и некоторые термодинамические и кинетические эффекты в материалах в объемном субмикро- (нано-)кристаллическом состоянии // Физ. мезомех. – 2009. – Т. 12, № 4. – С. 47-60.
33. Пантелеев И.А., Плехов О.А., Наймарк О.Б. Некоторые автомодельные закономерности развития поврежденности при квазихрупком разрушении твёрдых тел // Вычисл. мех. сплош. сред. – 2011. – Т. 4, № 1. – С. 90-100. DOI
34. Баяндин Ю.В., Наймарк О.Б. Экспериментальное и теоретическое исследование автомодельной структуры пластического фронта ударных волн в конденсированных средах // Физ. мезомех. – 2004. – Т. 7, Спец. выпуск Ч. 1. – С. 305-308.
###
Meyer L.W., Staskewitsch E., Burblies A. Adiabatic shear failure under biaxial dynamic compression/shear loading // Mech. Mater. - 1994. -V. 17, N. 2-3. - P. 203-214. DOI
2. Burns T.J. Does a shear band result from a thermal explosion? // Mech. Mater. - 1994. - V. 17, N. 2-3. - P. 261-271. DOI
3. Nemat-Nasser S., Li Y.F., Isaacs J.B. Experimental/computational evolution of flow stress at high strain rates with application to adiabatic shear banding // Mech. Mater. - 1994. - V. 17, N. 2-3. - P. 111-134. DOI
4. Meyers M.A., Subhash G., Kad B.K., Prasad L. Evolution of microstructure and shear-band formation in a-hcp titanium // Mech. Mater. - 1994. - V. 17, N. 2-3. - P.175-193. DOI
5. Frassengeas C., Molinari A. Instability and localization of plastic flow in shear at high strain rates // J. Mech. Phys. Solids. - 1987. - V. 35, N. 2. - P. 185-211. DOI
6. Frassengeas C., Molinari A. The time development of eulerian/lagrangian perturbatuions to simple shear and its applications to shear banding // J. Mech. Phys. Solids. - 1992. - V. 40, N. 8. - P. 1735-1756. DOI
7. Gilman J.J. Micromechanics of shear banding // Mech. Mater. - 1994. - V. 17, N. 2-3. - P. 83-96. DOI
8. Mgbokwere C.O., Nutt S.R., Duffy J. Shear band formation in 4340 steel: A TEM study // Mech. Mater. - 1994. - V. 17, N. 2-3. - P. 97-100. DOI
9. Bai Y., Xuc Q., Xu Y., Shen L. Characteristics and microstructure in the evolution of shear localization in Ti-6Al-4V alloy // Mech. Mater. - 1994. - V. 17, N. 2-3. - P. 155-164. DOI
10. Grady D.E. Dynamic of adiabatic shear// Journal de Physique IV, Colloque C3, suppl. au Jour. de Physique III. - 1991. - V. 1. - P. 653-660.
11. Koffi K.S., Armstrong R.V. Obrazovanie oblastej peregreva pri udarnom nagruzenii // Udarnye volny i avlenia vysokoskorostnoj deformacii metallov / Pod. red. M.A. Mejersa, L.E. Murra. - M.: Metallurgia, 1984. - S. 67-89.
12. Rodzers H.K., Sastri N.V. Strukturnye izmenenia v stalah pri adiabaticeskom sdvige // Udarnye volny i avlenia vysokoskorostnoj deformacii metallov / Pod. red. M.A. Mejersa, L.E. Murra. - M.: Metallurgia. - 1984. - S. 301-309.
13. Astanin V.V., Nadezdin G.N., Petrov U.N. i dr. Lokalizacia plasticeskoj deformacii pri skorostnom udarnom deformirovanii aluminia i splava AMg6 // Problemy procnosti. - 1987. - No 3. - C. 81-85.
14. Kolupaeva S.N., Starencenko V.A., Popov L.E. Neustojcivosti plasticeskogo tecenia v kristallah. - Tomsk: Izd-vo TGU, 1994. - 196 s.
15. Panin V.E., Lihacev V.A., Grinaev U.V. Strukturnye urovni deformacii tverdyh tel. - Novosibirsk: Nauka, 1985. - 229 s.
16. Panin V.E. Grinaev U.V., Danilov V.I. i dr. Strukturnye urovni plasticeskoj deformacii i razrusenia. - Novosibirsk: Nauka, 1990. - 225 s.
17. Fiziceskaa mezomehanika i komp’uternoe konstruirovanie materialov v 2-h t. / Pod red. V.E. Panina. - Novosibirsk: Nauka. - 1995. - T. 1. - 297 s.; T. 2. - 320 s.
18. Naimark O.B. Kinetic transition in ensembles of microcracks and some nonlinear aspects of fracture // Proc. IUTAM Symposium on nonlinear analysis of fracture. Cambridge, United Kingdom, September 3-7, 1995. - P. 285-298.
19. Najmark O.B. Kollektivnye svojstva ansamblej defektov i nekotorye nelinejnye problemy plasticnosti i razrusenia // Fiz. Mezomeh. - 2003. - T. 6, No 4. - S. 45-72.
20. Jonas G.H., Zukas J.A. Mechanics of penetration: Analysis and experiment // Int. J. Eng. Sci. - 1978. - V. 16, N. 11. - P. 879-903. DOI
21. Lapunova E.A., Petrova A.N., Brodova I.G. i dr. Issledovanie morfologii mnogomasstabnyh defektnyh struktur i lokalizacii plasticeskoj deformacii pri probivanii misenej iz splava A6061 // PZTF. - 2012. - T. 38, No 1. - S. 13-20.
22. Lapunova E.A., Petrova A.N., Brodova I.G. i dr. Issledovanie zakonomernostej lokalizacii plasticeskoj deformacii i formirovania mnogomasstabnyh defektnyh struktur v processe dinamiceskogo nagruzenia aluminievogo splava 6061 // Fiz. mezomeh. - 2012. - T. 15, No 2. - S. 61-67.
23. Sokovikov M.A., Cudinov V.V., Uvarov S.V. i dr. Neustojcivost’ plasticeskogo sdviga i lokalizacia plasticeskoj deformacii pri dinamiceskom nagruzenii kak rezul’tat strukturno-kineticeskih perehodov v sisteme mezodefektov // Vestnik PNIPU. Mehanika. - 2013. - No 2 - S. 154-175.
24. Sokovikov M.A. Neustojcivost’ plasticeskogo sdviga pri udarnom nagruzenii kak rezul’tat kineticeskih perehodov v sisteme mikrosdvigov // Vycislitel’naa mehanika. Sbornik naucnyh trudov. - 2003. - No 1. - S. 87-94.
25. Sokovikov M.A. Cislennoe issledovanie neustojcivosti plasticeskogo sdviga pri dinamiceskom nagruzenii // Vestnik PGTU. Matematiceskoe modelirovanie sistem i processov. - 2004. - No 12. - S. 82-88.
26. Sokovikov M.A. Cislennoe modelirovanie neustojcivosti plasticeskogo sdviga v ploskoj volne szatia // Vestnik PGTU. Prikladnaa matematika i mehanika. - 2004. - No 1. - S. 28-36.
27. Sokovikov M.A. Avtomodel’nost’ neustojcivosti plasticeskogo sdviga pri udarnom nagruzenii kak rezul’tat kineticeskih perehodov v sisteme mikrosdvigov // Fiz. mezomeh. - 2004. - T. 7, Spec. vypusk C. 1. - S. 332-335.
28. Sokovikov M.A. Cislennoe issledovanie neustojcivosti plasticeskogo sdviga pri vysokoskorostnom udare // Deformacia i razrusenie materialov. - 2005. - No 7. - S. 13-17.
29. Baandin U.V., Najmark O.B., Uvarov S.V. Cislennoe modelirovanie otkola, inducirovannogo mezodefektami pri udarno-volnovom nagruzenii metallov // Vycisl. meh. splos. sred. - 2010. - T. 3, No 1. - S. 13-23. DOI
30. Savel’eva N.V., Baandin U.V., Najmark O.B. Cislennoe modelirovanie deformirovania i razrusenia metallov v usloviah ploskogo udara // Vycisl. meh. splos. sred. - 2012. - T. 5, No 3. - S. 300-307.
31. Baandin U.V., Kostina A.A., Najmark O.B., Panteleev I.A. Modelirovanie deformacionnogo povedenia vanadia pri kvazistaticeskom nagruzenii // Vycisl. meh. splos. sred. - 2012. - T. 5, No 1. - S. 33-39. DOI
32. Najmark O.B., Baandin U.V., Leont’ev V.A., Panteleev I.A., Plehov O.A. Strukturno-skejlingovye perehody i nekotorye termodinamiceskie i kineticeskie effekty v materialah v ob"emnom submikro- (nano-)kristalliceskom sostoanii // Fiz. mezomeh. - 2009. - T. 12, No 4. - S. 47-60.
33. Panteleev I.A., Plehov O.A., Najmark O.B. Nekotorye avtomodel’nye zakonomernosti razvitia povrezdennosti pri kvazihrupkom razrusenii tverdyh tel // Vycisl. meh. splos. sred. - 2011. - T. 4, No 1. - S. 90-100. DOI
34. Baandin U.V., Najmark O.B. Eksperimental’noe i teoreticeskoe issledovanie avtomodel’noj struktury plasticeskogo fronta udarnyh voln v kondensirovannyh sredah // Fiz. mezomeh. - 2004. - T. 7, Spec. vypusk C. 1. - S. 305-308.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2013 Computational Continuum Mechanics
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
