I. Tổng Quan Về Ảnh Hưởng Độ Xốp Đến Cơ Tính Vật Liệu
Trong thực tế, quá trình gia công kim loại với biến dạng dẻo lớn thường dẫn đến sự hình thành các lỗ hổng do tạp chất. Điều này biến kim loại thành vật liệu xốp, cần phân tích như vật liệu xốp dẻo. Các lỗ hổng này là một trong những nguyên nhân gây ra vết nứt. Nứt có thể chia thành ba loại: nứt tách (giòn), nứt do tăng trưởng dẻo của lỗ hổng, và nứt do co thắt. Nứt tách là nứt giòn với biến dạng không rõ ràng. Nứt do tăng trưởng lỗ hổng xảy ra do sự tập trung ứng suất quanh tạp chất, gây chảy dẻo cục bộ và nứt. Nứt do co thắt liên quan đến sự mất ổn định dẻo. Luận văn này tập trung nghiên cứu mô hình dự đoán rạn nứt vi mô cho các loại thép công nghiệp. "Các lỗ hổng bên trong kim loại là một trong các nguyên nhân gây ra vết nứt."
1.1. Phân Loại Các Dạng Nứt Vật Liệu Giòn Dẻo Co Thắt
Nứt có thể chia thành ba loại: nứt tách (giòn), nứt do tăng trưởng dẻo của lỗ hổng, và nứt do co thắt. Nứt tách là nứt giòn với biến dạng không rõ ràng. Nứt do tăng trưởng lỗ hổng xảy ra do sự tập trung ứng suất quanh tạp chất, gây chảy dẻo cục bộ và nứt. Nứt do co thắt liên quan đến sự mất ổn định dẻo. Điều kiện tiên quyết cho loại nứt này là ngăn chặn sự hình thành và tăng trưởng lỗ hổng. "Nứt tách được xem như là một dạng nứt giòn, được đặc trưng bởi sự biến dạng không rõ ràng trong vùng lân cận vết nứt."
1.2. Vai Trò của Độ Xốp trong Nứt Dẻo Kim Loại
Sự hình thành, tăng trưởng và liên kết của các lỗ hổng là nguyên nhân chính gây ra nứt dẻo trong các loại thép công nghiệp. Các tạp chất và hạt pha thứ hai đóng vai trò quan trọng trong quá trình này. Sự tập trung ứng suất ở các tạp chất hoặc các hạt pha thứ hai cứng có thể gây ra chảy dẻo cục bộ, dẫn đến nứt hạt hoặc tách bề mặt tiếp xúc hạt pha thứ hai - mạng. "Do sự tồn tại của những tạp chất và hạt pha thứ hai, nứt dẻo quan sát được của các loại thép này chủ yếu do sự hình thành, tăng trưởng và liên kết của các lỗ hổng."
II. Cơ Tính Vật Liệu Xốp Dẻo Định Nghĩa Ứng Suất Chảy
Cơ tính vật liệu biểu thị khả năng chịu tải của vật liệu. Ứng suất là khả năng vật liệu chống lại ngoại lực. Ứng suất đàn hồi là ứng suất lớn nhất mà vật liệu có thể chịu đựng mà không bị biến dạng dẻo. Ứng suất chảy là ứng suất tại đó vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo. Tính dẻo là khả năng vật liệu biến dạng dẻo lớn mà không nứt. Thí nghiệm kéo, nén và xoắn được sử dụng để đo tính dẻo. "Ứng suất chảy là ứng suất tại đó vật liệu bị 'chảy', tức tiếp tục bị biến dạng với ứng suất không đổi."
2.1. Xác Định Ứng Suất Chảy và Tính Dẻo của Kim Loại
Ứng suất chảy là ứng suất tại đó vật liệu bắt đầu biến dạng dẻo. Tính dẻo là khả năng vật liệu biến dạng dẻo lớn mà không nứt. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẻo bao gồm ứng suất thủy tĩnh, điều kiện tải, và nhiệt độ. Thí nghiệm kéo, nén và xoắn được sử dụng để đo tính dẻo. "Một kim loại được xem là dẻo nếu nó có khả năng biến dạng dẻo lớn mà không có sự bắt đầu nứt."
2.2. Phương Pháp Thí Nghiệm Đánh Giá Độ Dẻo Vật Liệu
Thí nghiệm kéo, nén và xoắn là các phương pháp phổ biến để đánh giá độ dẻo của vật liệu. Thí nghiệm kéo đo biến dạng dài và giảm diện tích mặt cắt ngang. Thí nghiệm nén đo biến dạng dài và lượng giảm chiều cao. Thí nghiệm xoắn đo biến dạng trượt và góc xoắn trên một đơn vị chiều dài. "Nói chung, các số đo khác nhau về tính dẻo cho mỗi kim loại dẻo thu được từ ba loại thí nghiệm: kéo, nén và xoắn."
III. Lý Thuyết Dẻo Nền Tảng Phân Tích Vật Liệu Xốp Dẻo
Chương này tóm tắt lý thuyết dẻo của vật liệu mạng không có độ xốp, cụ thể là vật liệu von Mises đẳng hướng. Lý thuyết về hàm chảy von Mises và biểu diễn trong không gian ứng suất chính được trình bày. Tiếp theo, các mô hình hàm chảy của vật liệu xốp dẻo đã có được phân tích để thấy sự khác biệt. Mục tiêu là tìm hàm chảy bằng cách xem nó như hàm của hai ứng suất chảy đặc biệt: ứng suất chảy trong trường hợp tải thuần túy ứng suất lệch và trường hợp thuần túy ứng suất thủy tĩnh. "Trước khi giới thiệu sơ lược các mô hình lý thuyết về vật liệu xốp dẻo, ta sẽ tóm tắt một số vấn đề cơ bản về lý thuyết dẻo của vật liệu mạng không có độ xốp."
3.1. Hàm Chảy Von Mises và Không Gian Ứng Suất Chính
Hàm chảy von Mises được sử dụng rộng rãi để mô tả hành vi dẻo của vật liệu đẳng hướng. Biểu diễn hàm chảy trong không gian ứng suất chính giúp đơn giản hóa phân tích. Đặc tính của vật liệu được biểu thị qua mặt chảy trong không gian ứng suất. "Vật liệu mạng được quan tâm ở đây là loại vật liệu von Mises đẳng hướng, các lý thuyết về hàm chảy von Mises và biểu diễn hàm chảy trong không gian ứng suất chính sẽ được trình bày trong phần đầu chương này."
3.2. Các Mô Hình Hàm Chảy Hiện Tại Cho Vật Liệu Xốp Dẻo
Các mô hình hàm chảy hiện tại cho vật liệu xốp dẻo được phân tích để xác định sự khác biệt giữa chúng. Các mô hình này thường sử dụng độ xốp và ứng suất thủy tĩnh để mô tả đặc tính của vật liệu. Mục tiêu là phát triển một mô hình mới dựa trên hai ứng suất chảy đặc biệt. "Tiếp theo đó các mô hình hàm chảy của vật liệu xốp dẻo đã có sẽ được phân tích sơ lược để ta có thể thấy được sự khác biệt của chúng."
IV. Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn trong Biến Dạng Dẻo Vật Liệu
Chương này trình bày phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) cho bài toán biến dạng dẻo. Giới thiệu kỹ thuật FEM từ nguyên lý công ảo. Nguyên lý công ảo được áp dụng cho mối quan hệ ứng suất-biến dạng đàn hồi tuyến tính và cho mối quan hệ ứng suất-biến dạng dẻo. Phương pháp này cho phép mô phỏng và phân tích hành vi của vật liệu xốp dẻo dưới tác dụng của tải trọng. "Chương này trình bày phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) cho bài toán biến dạng dẻo."
4.1. Nguyên Lý Công Ảo và Ứng Dụng trong FEM
Nguyên lý công ảo là nền tảng của kỹ thuật FEM. Nguyên lý này được sử dụng để thiết lập các phương trình cân bằng cho vật liệu. Việc áp dụng nguyên lý công ảo cho phép tính toán ứng suất và biến dạng trong vật liệu. "Giới thiệu kỹ thuật FEM từ nguyên lý công ảo."
4.2. FEM cho Quan Hệ Ứng Suất Biến Dạng Đàn Hồi và Dẻo
Nguyên lý công ảo được áp dụng cho cả mối quan hệ ứng suất-biến dạng đàn hồi tuyến tính và phi tuyến tính (dẻo). Điều này cho phép mô phỏng các hiện tượng như chảy dẻo và tái bền trong vật liệu. Các thuật toán giải phi tuyến tính được sử dụng để giải các phương trình FEM. "Nguyên lý công ảo được áp dụng cho mối quan hệ ứng suất-biến dạng đàn hồi tuyến tính và cho mối quan hệ ứng suất-biến dạng dẻo."
V. Kết Quả Tính Toán Ảnh Hưởng Độ Xốp Lên Sự Tăng Trưởng Lỗ Hổng
Chương này trình bày kết quả tính toán về sự tăng trưởng lỗ hổng và sự mềm hóa của vật liệu dưới tác dụng của kéo ba trục. Sự thay đổi bán kính lỗ hổng và độ xốp được phân tích theo các hàm chảy khác nhau. Kết quả cho thấy ảnh hưởng đáng kể của độ xốp đến hành vi cơ học của vật liệu xốp dẻo. "Chương này trình bày kết quả tính toán về sự tăng trưởng lỗ hổng và sự mềm hóa của vật liệu dưới tác dụng của kéo ba trục."
5.1. Sự Thay Đổi Bán Kính Lỗ Hổng Theo Hàm Chảy Trong Kéo Ba Trục
Bán kính lỗ hổng thay đổi theo các hàm chảy khác nhau dưới tác dụng của kéo ba trục. Sự tăng trưởng lỗ hổng ảnh hưởng đến cơ tính vật liệu và có thể dẫn đến nứt. Các kết quả được so sánh với các mô hình lý thuyết và thực nghiệm. "Sự thay đổi bán kính lỗ hổng theo các hàm chảy trong kéo ba trục."
5.2. Ảnh Hưởng của Độ Xốp Đến Sự Mềm Hóa Vật Liệu
Độ xốp ảnh hưởng đến sự mềm hóa của vật liệu xốp dẻo. Sự mềm hóa vật liệu được đánh giá theo các hàm chảy khác nhau. Kết quả cho thấy sự giảm độ cứng và độ bền của vật liệu khi độ xốp tăng. "Sự mềm hóa vật liệu theo các hàm chảy trong kéo ba trục."
