Определение влияния поверхностного натяжения на механические свойства алюминиевого сплава методом компьютерного моделирования

Металлургия и материаловедение

Материаловедение

2020. Т. 27. № 2. С. 214-222.

DOI: 10.34759/vst-2020-2-214-222

Авторы

Амосов А. П. 1*, Воронин С. В. 2**, Лобода П. С. 1***, Ледяев М. Е. 2***, Чаплыгин К. К. 2****

1. Самарский государственный технический университет, СамГТУ, ул. Молодогвардейская, 244, Самара, 443100, Россия
2. Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева, Московское шоссе, 34, Самара, 443086, Россия

*e-mail: egundor@yandex.ru
**e-mail: voronin@ssau.ru
***e-mail: stimulator90@mail.ru
****e-mail: chapkostya96@mail.ru

Аннотация

Кратко описаны основные факторы, влияющие на величину поверхностного натяжения твердых тел. Предложен безразмерный критерий , характеризующий вклад поверхностного натяжения в прочность твердого тела. Значение Χ = 1 определяет критическую толщину hcr образца материала, при которой вклад поверхностного натяжения в прочность образца при растяжении становится равным вкладу объемного предела текучести. В программной среде MSC.Marc проведено компьютерное моделирование испытаний на одноосное растяжение образцов алюминиевого сплава АД1. Установлено, что при уменьшении толщины виртуальных образцов, на которых учитывалось поверхностное натяжение, происходит приращение предела текучести, в отличие от виртуальных образцов без учета сил поверхностного натяжения. Результаты данного исследования позволяют оценить влияние внешних факторов (температура, давление, ПАВ и т.д.) на величину поверхностного натяжения σs.

Ключевые слова:

поверхностное натяжение, конечно-элементное моделирование, виртуальные испытания, увеличение предела текучести

Библиографический список

  1. Скоров Д.М., Дашковский А.И, Маскалец В.Н., Хижный В.К. Поверхностная энергия твердых металлических фаз. – М.: Атомиздат, 1973. – 172 с.

  2. Эзрохи Ю.А., Каленский С.М., Морзеева Т.А., Хорева Е.А. Учет влияния пограничного слоя на входе в вентиляторы при интеграции распределенной силовой установки и летательного аппарата // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 1. С. 57-66.

  3. Ночовная Н.А., Никитин Я.Ю., Савушкин А.Н. Исследование изменения свойств поверхности лопаток из титанового сплава после химической очистки от углеродсодержащих загрязнений // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 1. С. 236-243.

  4. Алексеев В.В., Бобров А.Н., Калугин К.С. Исследование комплексных прочностных характеристик моделей газовых турбин, изготовленных аддитивными методами // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 43-50.

  5. Самсонов В.М., Чернышова А.А., Сдобняков Н.Ю. О размерной зависимости поверхностной энергии и поверхностного натяжения металлических наночастиц // Известия российской академии наук. Серия: Физическая. 2016. Т. 80. № 6. С. 768. DOI: 10.7868/S0367676516060296

  6. Каширин Н.В., Калинина В.В. Экспериментальное исследование коэффициента поверхностного натяжения в водной суспензии микрочастиц канифоли // Физико-математическое и естественнонаучное образование: наука и школа: материалы Всероссийской научно-практической конференции. Под ред. В.А. Белянина, Н.Л. Курилевой. – Йошкар-Ола: Марийский государственный университет, 2018. С. 95-98.

  7. Паровай Е.Ф. Моделирование сегментного подшипника скольжения с учетом многофазности рабочего тела // Насосы. Турбины. Системы. 2016. № 3(20). С. 80-85.

  8. Конашков В.В., Вьюхин В.В., Латыпова А.И. Исследования по определению кинематической вязкости и плотности двухкомпонентных систем Co-B// Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2015. Т. 1. С. 121-125.

  9. Зайцева Е.С., Товбин Ю.К. Размерные характеристики поверхностного натяжения одно- и двухкомпонентных расплавов металлов // Физикохимия поверхностности и защита материалов. 2018. Т. 54. № 5. С. 415-419. DOI: 10.1134/S0044185618050248

  10. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Статистическая физика. Т.5 // Теоретическая физика: Учеб. пособ. Для вузов: В 10 т.. – 5-е изд., стереот. – М.: Физматлит, 2002. Ч. 1. – 616 с.

  11. Гохштейн А.Я. Поверхностное натяжение твердытел и адсорбция. – М.: Наука, 1976. – 400 с.

  12. Алехин В.П., Шоршоров М.Х. Особенности микропластического течения в приповерхностных слоях материалов и их влияние на общий процесс макропластической деформации. – М.: Препринт / АН СССР. Ин-т металлургии им. А.А. Байкова, 1973. – 81 с.

  13. Бокштейн С.З., Бронфин М.Б. Процесс сублимаций и влияние вакуума на механические свойства металлов. – М.: Машиностроение, 1973. – 33 с.

  14. Kramer I.R. Effect of Surfaces on Mechanical Behavior of Metals // Bonis L.J., de Bruyn P.L., Duga J.J. (eds) Surface Phenomena. Fundamental Phenomena in the Materials Sciences. Springer, Boston, MA, 1966, pp.171-193. DOI: 10.1007/978-1-4899-6347-5_10

  15. Kramer I.R., Podlaseck S.E. Stress-Strain Behavior of Aluminium Crystalls at Low Pressure // Acta Metallurgical. 1963. Vol. 11. No. 1, pp. 70-71.

  16. Сергеев И.Н., Бжихатлов К.Ч., Шебзухов А.А. Поверхностная сегрегация и поверхностное натяжение грани (100) монокристаллов Cu-Al и Cu-Mn при различных температурах // Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. 2015. Т. 5. № 3. С. 5-9.

  17. Арсентьев П.П., Яковлев В.В., Крашенинников М.Г., Пронин Л.А., Филипов Е.С. Физико-химические методы исследования металлургических процессов: Учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1988. – 509 с.

  18. Олешко В.С., Пиговкин И.С. Оперативное определение поверхностной энергии металлических деталей авиационной техники // Интернет-журнал «Науковедение». 2016. Т. 8. № 3(34). URL: http://naukovedenie.ru/PDF/131EVN316.pdf

  19. Золоторевский В.С. Механические свойства металлов: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : МИСИС, 1998. – 398 с.

  20. Воронин С.В., Лобода П.С., Ледяев М.Е. Определение оптимальной пористой структуры с целью повышения удельных механических свойств алюминиевого сплава // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 4. С. 164-173.

  21. MSC Software: Nonlinear Finite Element Analysis of Elastomers. URL: http://d3e9xuvpzi1isd.cloudfront.net/cdn/farfuture/TGjBPbsxO5PZ4cIoljWYi4g8FMJTb1Ag6cGGDQyH0Jg/mtime:1404846593/sites/default/files/wp_elastomer_ltr_w_0.pdf

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020