Кинетика деформации Людерса как автоволнового процесса

Исследованы природа и кинетика подвижных фронтов локализованной деформации, которые формируются на упруго­пластическом переходе в материалах с дислокационным и мартенситным микромеханизмами реализации пластического течения при активном растяжении с различными скоростями. Для регистрации и количественного описания движения фронтов использована методика корреляции цифровых изображений. Обсуждение полученных результатов проведено в рамках синергетического подхода. Деформируемый объект рассматривается как открытая, далекая от равновесия система – активная среда, содержащая распределенные источники потенциальной энергии, которые представляют собой микроконцентраторы напряжений. В ходе внешнего воздействия эти концентраторы релаксируют путем реализации микросдвигов и вызывают формоизменение самого объекта. Каждый микроконцентратор может рассматриваться как активный элемент, который имеет два состояния: метастабильное упругонапряженное и стабильное релаксированное. В результате внешнего воздействия переход возможен только из первого состояния во второе. Такие элементы характеризуются как триггерные, а активная среда как бистабильная. В бистабильных средах распространяются автоволны переключения, представляющие собой подвижные границы, которые разделяют метастабильное и стабильное состояния. В рамках этой концепции рассматриваемые фронты локализованной деформации можно интерпретировать как автоволны переключения. Результаты исследования показали, что форма и кинетические параметры фронтов локализованной деформации не зависят от химического состава, структуры и  микромеханизма деформации, что подтверждает их автоволновую природу. С другой стороны, кинетика автоволн переключения должна определяться параметрами внешнего воздействия. Действительно, скорость фронтов локализованной деформации возрастает с ростом скорости растяжения. Установлено, что зависимость скорости этих фронтов от скорости деформирования нелинейная параболическая с  показателем степени меньше единицы и одинакова для всех исследованных материалов.

1. Зуев Л.Б. Автоволновая пластичность. Локализация и коллективные моды. М.: Физматлит, 2018. 208 с.

2. Zuev L.B., Barannikova S.A., Danilov V.I., Gorbatenko V.V. Plasticity: from crystal lattice to macroscopic phenomena // Progress in Physics of Metals. 2021. Vol. 22. No. 1. P. 3–57. https://doi.org/10.15407/ufm.22.01.003

3. Krinsky V.I. Self-Organization: Autowaves and Structures Far from Equilibrium. Berlin: Springer-Verlag, 1984. 270 p.

4. Васильев В.А., Романовский Ю.М., Яхно В.Г. Автоволновые процессы. М.: Наука, 1987. 240 с.

5. Mikhailov A.S. Foundation of Synergetics. Berlin–Heidelberg: Springer-Verlag, 1990. 187 p.

6. Скотт Э. Нелинейная наука. Рождение и развитие когерентных структур / Пер. с англ. И.А. Макарова под ред. А.Л. Фрадкова. М.: Физматлит, 2007. 559 с.

7. Автоволновые процессы в нелинейных средах с диффузией / Е.Ф. Мищенко, В.А. Садовничий, А.Ю. Колесов, Н.Х. Розов. М.: Физматлит, 2010. 399 с.

8. Gilman J.J. Micromechanics of shear banding // Mechanics of Materials. 1994. Vol. 17. No. 2-3. P. 83–96. https://doi.org/10.1016/0167-6636(94)90051-5

9. Mughrabi H. On the current understanding of strain gradient plasti­city // Material Science and Engineering: A. 2004. Vol. 387-389. P. 209–213. https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.01.086

10. Pelleg J. Mechanical Properties of Materials. Dordrecht: Springer, 2013. 633 p.

11. Криштал М.М. Взаимосвязь неустойчивости и мезоскопичес­кой неоднородности пластической деформации. III. Моделирование и анализ прерывистой текучести с учетом ее зависимости от степени деформации и скорости растяжения // Физика металлов и металловедение. 2005. Т. 100. № 3. С. 12–21.

12. Петров Ю.В., Бородин И.Н. Релаксационный механизм пластического деформирования и его обоснование на примере явления зуба текучести в нитевидных кристаллах // Физика твердого тела. 2015. Т. 57. № 2. С. 336–341. http://doi.org/10.3103/S002565441504007X

13. Žerovnik A., Pepel V., Prebil I., Kunc R. The yield-point phenomenon and cyclic plasticity of the uniaxially loaded specimens // Materials and Design. 2015. Vol. 92. P. 971–977. http://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.12.111

14. Назаров В.Е. Дислокационная нелинейность и нелинейные волновые процессы в поликристаллах с дислокациями // Физика твердого тела. 2016. Т. 58. № 9. С. 1665–1673.

15. Плехов О.А., Наймарк О.Б., Saintier N., Palin-Luc T. Упругоплас­тический переход в железе: структурные и термодинамические особенности // Журнал технической физики. 2009. Т. 79. № 8. С. 56–61.

16. Vildeman V.E., Lomakin E.V., Tretiakova T.V. Yield delay and space-time inhomogeneity of plastic deformation of carbon steel // Mechanics of Solids. 2015. Vol. 50. No. 4. P. 412–420. http://doi.org/10.3103/S002565441504007X

17. Shaw J.A., Kyriakides S. On the nucleation and propagation of phase transformation fronts in NiTi alloy // Acta Materialia. 1997. Vol. 45. No. 2. P. 683–700. http://doi.org/10.1016/S1359-6454(96)00189-9

18. Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Панченко Е.Ю., Тимофеева Е.Е. Механизмы термоупругих мартенситных превращений в высокопрочных монокристаллах сплавов на основе железа и никелида титана. Томск: Изд-во НТЛ, 2016. 243 с.

19. Sutton M.A. Digital Image Correlation for Shape and Deformation Measurements. Springer Handbooks. Boston MA: Springer, 2008. P. 565–600.

20. Sun H.B., Yoshida F., Ohmori M., Ma X. Effect of strain rate on Lüders band propagating velocity and Lüders strain for annealed mild steel under uniaxial tension // Materials Letters. 2008. Vol. 57. No. 29. P. 4535–4539. https://doi.org/10.1016/S0167-577X(03)00358-6

21. Данилов В.И., Горбатенко В.В., Зуев Л.Б., Орлова Д.В., Данилова Л.В. Исследование деформации Людерса в малоуглеродистой стали // Известия вузов. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 10. С. 831–838. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-10-831-838

22. Данилов В.И., Зуев Л.Б., Горбатенко В.В., Данилова Л.В., Орлова Д.В. Автоволновое описание пластичности материалов с нестабильной фазовой структурой на макромасштабном уровне // Журнал технической физики. 2021. Т. 91. № 2. С. 267–274. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.02.50361.35-20