Моделювання еволюції пошкоджень в процесі осаджування пористого металокерамічного композита

Анотація

Проведено скінченно-елементний аналіз впливу процесу пороутворення на ущільнення під час осаджування пористих металокерамічних композитів. Процес осаджування моделюється в 2D постановці плоского деформованого стану шляхом навантаження пористої металевої матриці, що містить однакові за розміром циліндричні жорсткі керамічні вкраплення. У початковий момент часу жорсткі вкраплення розташовані на однаковій відстані один від одного в горизонтальному і вертикальному напрямках. Передбачається також, що матриця взаємодіє з жорсткими вкрапленнями за допомогою контактних сил, але у цьому випадку адгезія на контактах відсутня. Для моделювання течії пористого матеріалу матриці використовується умова пластичної течії Гурсона― Твергарда. Результати скінченно-елементного аналізу показали, що на початковій стадії навантаження відбувається відшаровування поверхні матриці від поверхні вкраплень. Потім зовнішнє навантаження пригнічує пори через утворення зон самоконтакту на внутрішніх поверхнях матриці. У цьому разі більш висока початкова щільність матриці дає в процесі осаджування більш швидке зростання порожнього простору біля жорстких вкраплень. Встановлено немонотонний характер зростання густини матеріалу та напружень на пуансоні під час осаджування внаслідок відшарування металічної матриці від керамічних вкраплень і утворення нових пор. Дослідження показали, що залишкова пористість в процесі осаджування композитів збільшується із підвищенням концентрації жорстких вкраплень і складає 0,1―3% за умови значних деформацій осаджування. Також слід зазначити зниження міцності матеріалу, що підтверджується розрахунковою залежністю напружень на пуансоні від висоти осаджування. З ростом об’ємної концентрації вкраплень збільшується пороутворення на жорстких вкрапленнях і послаблюється реакція матеріалу.