Разработка многоуровневых физически-ориентированных конститутивных моделей для исследования термомеханической обработки многофазных сплавов

Значительная часть ответственных деталей и конструкций изготавливаются из сплавов методами термомеханической обработки (в особенности – методами интенсивной пластической деформации). Разработка технологий обработки в настоящее время начинается с создания математических моделей («цифровых двойников»). Основным элементом таких моделей являются определяющие соотношения (ОС) (или конститутивные модели (КМ)), описывающие отклик материала. В большинстве работ, посвященных разработке технологических режимов обработки металлов давлением, используются феноменологические ОС. Известно, что физико-механические свойства материалов и эксплуатационные характеристики изделий из них зависят главным образом от их мезо- и микроструктуры. Феноменологические ОС явным образом не учитывают структуру материалов и не позволяют описывать ее эволюцию в процессе деформирования. В последние десятилетия интенсивно ведутся разработки физически-ориентированных многоуровневых КМ (к сожалению, в основном – за рубежом), свободные от указанных недостатков феноменологических ОС. В частности, поскольку физические механизмы деформирования принципиально не отличаются для многих металлов и сплавов, многоуровневые КМ без изменения их структуры и соотношений применимы для анализа широких классов материалов. Авторы проекта имеют более чем 20-летний опыт создания многоуровневых КМ для описания поведения образцов из однофазных моно- и поликристаллов (включая твердые растворы) в различных режимах. Однако в различных отраслях промышленности в подавляющем большинстве случаев используются многокомпонентные и многофазные сплавы (включая различные сорта сталей), отклик которых на термомеханические воздействия существенно отличается от поведения однофазных материалов. В связи с этим в проекте ставится задача развития ранее разработанных многоуровневых КМ для расширения класса материалов, поведение которых смогут описывать модифицированные модели. Для этого предстоит глубоко проанализировать основные физические механизмы, определяющие процессы неупругого деформирования, установить их носители и предложить способы описания рассматриваемых процессов на различных структурно-масштабных уровнях (включая необходимый для решения краевых задач нелинейной механики деформируемого твердого тела уровень представительного макрообъема). На основе этого анализа будет разработана структура, концептуальная и математическая постановка, построена система разрешающих соотношений многоуровневой КМ. Для реализации созданной модели будут разработаны оригинальные эффективные алгоритмы и комплекс программ с использованием параллельных вычислений. Возможности и адекватность разработанной модели предполагается проверить на примерах исследования процессов обработки давлением заготовок из дуплекс-сталей. Для идентификации и верификации созданных моделей будут использованы имеющиеся в литературе экспериментальные данные; при необходимости будут проведены эксперименты в Центре экспериментальной механики ПНИПУ. Опираясь на постоянно ведущемся членами коллектива аналитическом обзоре, можно утверждать, что предлагаемая модель будет обладать значительной научной новизной по сравнению с разрабатываемыми другими коллективами (в том числе – зарубежными) моделями, а также способностью с высокой точностью описывать процессы термомеханической обработки многофазных сплавов (на примере дуплекс-сталей). Разрабатываемая модель будет обладать существенным предсказательным потенциалом и будет применена для оптимизации некоторых существующих технологических процессов с использованием численных экспериментов.