Фундаментальные проблемы современного материаловедения,  2019,  том 16,  №3, 315-322

 

В.Д. Сарычев, А.Ю. Гагарин, С.А. Невский, А.Ю. Грановский

Моделирование воздействия электрического тока на пластическую деформацию материалов

Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007, Новокузнецк, Россия
Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Ранее нами для интерпретации экспериментальных данных воздействия электрического тока на движение волны пластической деформации предложено использовать модель формирования «ударного перехода» в двухфазной среде. Двухфазная фильтрационная модель пластической деформации основана на представлении о деформируемом материале как о гетерогенной среде. В настоящей статье установлена способность гетерогенной модели описать неоднородные температурные поля при воздействии импульсов электрического тока. Для этого предложено использовать реальную геометрию плоского образца с зернами для моделирования прохождения тока и теплопереноса. Расчетный модуль геометрии пакета ComsolMultiphysics формировался на основе реальной картины приготовленного шлифа – размеры зерна и форма границы зерен задавалась согласно фотографии шлифов. Для первой фазы (зерно) удельное сопротивление соответствовало табличным значениям, а удельное сопротивление второй фазы (границы зерен) превышало его на порядки. Толщина границы зерна выбиралась равной 0,1 мкм. Теплофизические параметры фаз совпадали и соответствовали табличным значениям низкоуглеродистой стали 08ПС, на которой проводился эксперимент. На границе образца задавалось напряжение, соответствующее генератору импульсов в виде затухающих колебаний. Для каждой из фаз записывались уравнения теплопроводности и Максвелла. На границе раздела фаз задавались условия непрерывности плотности тока, температуры и теплового потока. Для различных моментов времени получены двумерное поле температуры и векторное поле плотности электрического тока, из которых следует, что температура в границах зернах может превышать температуру зерна в несколько раз в зависимости от соотношения удельных сопротивлений фаз.

Ключевые слова: электропластичность, токовые импульсы, двухфазная структура, математическое моделирование, фильтрационная модель.

УДК 519.688

DOI: 10.25712/ASTU.1811-1416.2019.03.005


 

Fundamental’nye problemy sovremennogo materialovedenia

(Basic Problems of Material Science (BPMS)) Vol. 16, No.3 (2019) 315-322

 

V.D. Sarychev, A.Yu. Gagarin, S.A. Nevskii, A.Yu. Granovskii

Modelling of electric current action on plastic deformation of materials

Siberian State Industrial University, Kirov Str., 42, Novokuznetsk, 654007, Russia

Previously, we proposed to use the model of formation of "shock transition" in a two-phase medium for the interpretation of experimental data on the effect of electric current on the motion of a wave of plastic deformation. The two-phase filtration model of plastic deformation is based on the representation of the deformable material as a heterogeneous medium. In this article, the ability of a heterogeneous model to describe inhomogeneous temperature fields under the influence of electric current pulses is established. For this purpose, it is proposed to use the real geometry of a flat sample with grains to simulate the flow of current and heat transfer. The calculation module of the geometry of the ComsolMultiphysics package was formed on the basis of the real picture of the prepared section – the grain size and shape of the grain boundary was set according to the photo of the sections. For the first phase (grain), the resistivity corresponded to tabular values, and the resistivity of the second phase (grain boundaries) exceeded it by orders of magnitude. The grain boundary thickness was chosen to be 0.1 µm. The thermophysical parameters of the phases coincided and corresponded to the table values of low-carbon steel 08PS, on which the experiment was conducted. At the boundary of the sample, a voltage corresponding to the pulse generator in the form of damped oscillations was set. Thermal conductivity and Maxwell equations were written for each phase. The conditions of continuity of current density, temperature and heat flow were set at the interface. For different time points obtained two-dimensional field of temperature and vector field, density of electric current, from which it follows that the temperature is within the boundaries of the grains may exceed the temperature of the grain several times depending on the ratio of the specific resistances of the phases.

Keywords: electroplasticity, current pulses, two-phase structure, mathematical modeling, filtration model.