Streszczenie

mgr inż. Hong Phong Nguyen
Badania numeryczno-eksperymentalne efektu sprzężenia termomechanicznego
Streszczenie
Termomechanika opisuje obszerną kategorię zjawisk. Jest uogólnieniem klasycznej teorii
mechanicznej oraz teorii termodynamicznej. Przedmiotem zainteresowania termomechaniki jest
sprzężenie pomiędzy polami odkształcenia a temperatury. Obecnie sprzężenie
termomechaniczne jest zagadnieniem w pełni ukształtowanym. Zostały sformułowane
podstawowe zależności i równania różniczkowe na podstawie praw mechanicznych
i termodynamicznych. Opracowano wiele metod i algorytmów rozwiązywania równań
różniczkowych sprzężenia termomechanicznego, wśród nich metodę elementów skończonych.
Jednak w literaturze niewiele zastosowań teorii termomechaniki zostało przedstawionych dla
praktycznych problemów inżynierskich. Numeryczne analizy sprzężonych problemów
termomechanicznych były realizowane głównie za pomocą uproszczonego, dwuwymiarowego
modelu numerycznego, w którym rzadko uwzględniano zależności właściwości materiału od
temperatury, a także warunki początkowo-brzegowe. Często również nie przeprowadzano
weryfikacji eksperymentalnych dla uzyskanych rezultatów.
Podstawowym celem pracy są numeryczno-eksperymentalne badania efektu sprzężenia
pomiędzy lokalnymi odkształceniami plastycznymi a generowanym przez nie polem temperatury
w wybranych zagadnieniach obejmujących: statyczne rozciąganie, łącznie z zerwaniem próbki,
niskocyklowe zginanie symetryczne i asymetryczne oraz obróbkę skrawaniem na przykładzie
toczenia wałka. Rozważania obejmują ponadto:
wyznaczanie niestacjonarnych
i nierównomiernych pól temperatury przy uwzględnieniu nieliniowości parametrów
termomechanicznych wynikających z zachowania się materiału sprężysto-plastycznego, zmiany
właściwości materiałowych w funkcji temperatury i ze sposobu realizacji warunków
początkowo-brzegowych. Zakres pracy został ograniczony do rozwiązań dotyczących zmian
odkształceń konstrukcji w wyniku generowanej obciążeniem temperatury, bez badań zmian
strukturalnych materiałów.
Przegląd literatury zawarty w rozprawie uwzględnia publikacje z zakresu teorii
termomechaniki i jej rozwoju oraz przykłady rozwiązania konkretnych problemów inżynierskich
z użyciem metod numerycznych.
Niniejsza praca obejmuje następujące zagadnienia:
1. podstawowe pojęcia związane z zagadnieniem sprzężenia termomechanicznego, ogólne
równania różniczkowe sprzężonej termomechaniki w ciele podlegającym odkształceniom
sprężysto-plastycznym, zachowanie się materiału sprężysto-plastycznego oraz analizę
wpływu powstawania odkształceń plastycznych na stan cieplny ciała,
2. uwarunkowania modelowania numerycznego, w ramach których zawarto równania
równowagi metody elementów skończonych, przewodzenia ciepła, model konstytutywny
i kryteria zniszczenie materiału oraz zagadnienie kontaktu i tarcia,
3. opis badań eksperymentalnych i rezultatów tzn.: statyczne rozciąganie próbek
walcowych, niskocyklowe zginanie symetryczne i asymetryczne belki utwierdzonej
jednostronnie, obróbkę skrawaniem z różnymi parametrami technologicznymi skrawania
próbek wykonanych ze stali stopowej 41Cr4 i stopu aluminium 2024. Wyniki tych badań
wykorzystano do walidacji modeli numerycznych stosowanych w symulacjach. Autor