Strain rate intensity factor in compression of a plastic layer on a rigid mandrel

Authors

  • Kalenova N.V. Moscow State Aviation Technological University, Moscow, Russian Federation
  • Novozhilova O.V. Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation
  • Sadyrin E.V. Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russian Federation
  • Aizikovich S.M. Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russian Federation

UDC

539.374

EDN

SNNOLP

Abstract

Some components of the strain rate tensor and consequently the quadratic invariant of the strain rate tensor approach infinity in the vicinity of maximum friction surfaces in solutions for several rigid plastic material models. The coefficient of the leading singular term in a series expansion of the quadratic invariant of the strain tensor in the vicinity of maximum friction surfaces is named the strain rate intensity factor. This coefficient enters several evolution equations that describe the change in material properties in a narrow layer in the vicinity of surfaces with high friction stresses. Therefore, solutions that allow one to determine the effect of process parameters on the magnitude of the strain rate intensity factor are of interest. In the present paper, an analytic relationship between the strain rate intensity factor and parameters of the process consisting of contraction of a plastic layer on a rigid rod is found. It is assumed that the maximum friction law acts over the contact surface between the plastic layer and the rod. The material of the plastic layer rigid perfectly plastic and obeys the von Mises yield criterion and its associated flow rule.

Keywords:

surface of maximum friction, strain rate intensity factor, ideal rigid-plastic body, analytical solution

Funding information

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (13-01-93000-Вьет_а, 14-08-92003 ННС_а, 14-07-00343-а).

Authors info

  • Natalya V. Kalenova

    канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры физики МАТИ — Российского государственного технологического университет им. К.Э. Циолковского

  • Olga V. Novozhilova

    канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры прикладной математики Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана

  • Evgeniy V. Sadyrin

    аспирант кафедры теоретической и прикладной механики, младший научный сотрудник лаборатории функционально-градиентных и композиционных материалов НОЦ "Материалы" Донского государственного технического университета

  • Sergey M. Aizikovich

    д-р физ.-мат. наук, зав. лабораторией функционально-градиентных и композиционных материалов НОЦ "Материалы" Донского государственного технического университета

References

  1. Alexandrov S., Richmond O. Singular plastic flow fields near surfaces of maximum friction stress // International Journal of Non-Linear Mechanics. 2001. Vol. 36. No. 1. P. 1-11.
  2. Александров С.Е., Лямина Е.А. Сингулярные решения при плоском пластическом течении материалов, чувствительных к среднему напряжению // Доклады Академии наук. 2002. Т. 383. № 4. С. 492-495. [Aleksandrov S.E., Ljamina E.A. Singuljarnye reshenija pri ploskom plasticheskom techenii materialov, chuvstvitel'nyh k srednemu naprjazheniju [Singular solutions for plane plastic flow of materials sensitive to medium voltage]. Doklady Akademii nauk [Reports of Academy of Sciences], 2002, vol. 383, no. 4, pp. 492-495. (In Russian)]
  3. Александров С.Е., Лямина Е.А. О возможности введения коэффициента интенсивности скорости деформации в вязкопластичности / В сб. "Актуальные проблемы механики: механика деформируемого твердого тела". М.: Наука, 2009. С. 313-326. [Aleksandrov S.E., Ljamina E.A. O vozmozhnosti vvedenija kojefficienta intensivnosti skorosti deformacii v vjazkoplastichnosti [On the possibility of the introduction of strain rate intensity factor in the viscoplastic]. V sb. "Aktual'nye problemy mehaniki: mehanika deformiruemogo tverdogo tela" [In proc. "Problems in Mechanics: Mechanics of deformable solids"]. Moscow, Nauka, 2009, pp. 313-326. (In Russian)]
  4. Alexandrov S, Jeng Y.-R. Singular rigid/plastic solutions in anisotropic plasticity under plane strain conditions // Continuum Mechanics and Thermodynamics. 2013. Vol. 25. No. 5. P. 685-689.
  5. Moylan S.P., Kompella S., Chandrasekar S., Farris T.N. A new approach for studying mechanical properties of thin surface layers affected by manufacturing processes // Journal of Manufacturing Science and Engineering - ASME. 2003. Vol. 125. No. 2. P. 310-315.
  6. Трунина Т.А., Коковихин Е.А. Формирование мелкодисперсной структуры в поверхностных слоях стали при комбинированной обработке с применением гидропрессования // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2008. № 2. С. 71-74. [Trunina T.A., Kokovihin E.A. Formirovanie melkodispersnoj struktury v poverhnostnyh slojah stali pri kombinirovannoj obrabotke s primeneniem gidropressovanija [The formation of the fine structure in the surface layers of steel with a combined treatment using a hydroforming]. Problemy mashinostroenija i nadezhnosti mashin [Problems of mechanical engineering and reliability], 2008, no. 2, pp. 71-74. (In Russian)]
  7. Александров С.Е., Грабко Д.З., Шикимака О.А. К определению толщины слоя интенсивных деформаций в окрестности поверхности трения в процессах обработки металлов давлением // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2009. № 3. С. 72-78. [Aleksandrov S.E., Grabko D.Z., Shikimaka O.A. K opredeleniju tolshhiny sloja intensivnyh deformacij v okrestnosti poverhnosti trenija v processah obrabotki metallov davleniem [To determine the thickness of intense deformation in the vicinity of the surface friction in metal forming processes]. Problemy mashinostroenija i nadezhnosti mashin [Problems of mechanical engineering and reliability], 2009, no. 3, pp. 72-78. (In Russian)]
  8. Александров С.Е., Лямина Е.А. К построению теории пластического разрушения в окрестности поверхностей трения // Прикладная механика и техническая физика. 2011. Т. 52. № 4. С. 183-190. [Aleksandrov S.E., Ljamina E.A. K postroeniju teorii plasticheskogo razrushenija v okrestnosti poverhnostej trenija [To construct a theory of plastic failure in the vicinity of friction surfaces]. Prikladnaja mehanika i tehnicheskaja fizika [Journal of applied mechanics and theoretical physics], 2011, vol. 52, no. 4, pp. 183-190. (In Russian)]
  9. Alexandrov S. The strain rate intensity factor and its applications: a review // Materials Science Forum. 2009. Vol. 623. P. 1-20.
  10. Хилл Р. Математическая теория пластичности. М.: Гостехиздат, 1956. 407 с. [Hill R. Matematicheskaja teorija plastichnosti [The mathematical theory of plasticity]. Moscow, Gostehizdat Publ., 1956, 407 p.]
  11. Spencer A.J.M. A theory of the failure of ductile materials reinforced by elastic fibres // International Journal of Mechanical Sciences. 1965. Vol. 7. P. 197-209.
  12. Volkov S., Aizikovich S., Wang Y.-S., Fedotov I. Analytical solution of axisymmetric contact problem about indentation of a circular indenter into a soft functionally graded elastic layer // Acta Mechanica Sinica. 2013. Vol. 29. No. 2. P. 196-201.
  13. Айзикович С.М., Васильев А.С. Двухсторонний асимптотический метод решения интегрального уравнения контактной задачи о кручении неоднородного по глубине упругого полупространства // Прикладная математика и механика. 2013. Т. 77. № 1. С. 129-137. [Ajzikovich S.M., Vasil'ev A.S. Dvuhstoronnij asimptoticheskij metod reshenija integral'nogo uravnenija kontaktnoj zadachi o kruchenii neodnorodnogo po glubine uprugogo poluprostranstva [Two-sided asymptotic method for solving integral equations of the contact problem of the torsion of inhomogeneous elastic half-space depth]. Prikladnaja matematika i mehanika [Applied mathematics and mechanics], 2013, vol. 77, no. 1, pp. 129-137. (In Russian)]
  14. Васильев А.С., Садырин Е.В., Федотов И.А. Контактная задача о кручении круглым штампом трансверсально-изотропного упругого полупространства с неоднородным трансверсально-изотропным // Вестник ДГТУ. 2013. № 1-2. С. 25-34. [Vasil'ev A.S., Sadyrin E.V., Fedotov I.A. Kontaktnaja zadacha o kruchenii kruglym shtampom transversal'no-izotropnogo uprugogo poluprostranstva s neodnorodnym transversal'no-izotropnym [Contact problem of torsion of a round stamp transversely isotropic elastic half-space with an inhomogeneous transversely isotropic]. Vestnik DGTU [Proc. of DSTU], 2013, no. 1-2, pp. 25-34. (In Russian)]
  15. Васильев А.С., Садырин Е.В., Васильева М.Е. Кручение упругого полупространства с многослойным покрытием с непрерывным или скачкообразным характером изменения упругих свойств по глубине покрытия // Вестник ДГТУ. 2013. № 5-6. С. 6-13. [Vasil'ev A.S., Sadyrin E.V., Vasil'eva M.E. Kruchenie uprugogo poluprostranstva s mnogoslojnym pokrytiem s nepreryvnym ili skachkoobraznym harakterom izmenenija uprugih svojstv po glubine pokrytija [Twisting of an elastic half-space multi-coated with a continuous or discontinuous nature of change in the elastic properties with depth coverage]. Vestnik DGTU [Proc. of DSTU], 2013, no. 5-6, pp. 6-13. (In Russian)]

Downloads

Download data is not yet available.

Issue

Pages

24-30

Section

Article

Dates

Submitted

June 11, 2014

Accepted

July 31, 2014

Published

September 29, 2014

How to Cite

[1]
Kalenova, N.V., Novozhilova, O.V., Sadyrin, E.V., Aizikovich, S.M., Strain rate intensity factor in compression of a plastic layer on a rigid mandrel. Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation, 2014, № 3, pp. 24–30.

Similar Articles

1-10 of 326

You may also start an advanced similarity search for this article.