Thermodynamic analysis of energy stogate rate during uniaxial tensile deformation of polycrystalline metal

• Autorzy: Oliferuk W. , Raniecki B.

Warianty tytułu

PL

Termodynamiczna analiza pojęcia zdolności magazynowania energii w procesie jednoosiowego rozciągania polikryształu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The stored energy e_s due to plastic deformation is defined as the change in internal energy measured at stress free state of material, and it characterises the cold-worked state. Both coldworked state and the stored energy at each instant of deformation depend on the deformation history. Therefore, the instantaneous rate de_s/dw_p of energy storage seems to be an appropriate measure of the energy conversion process (w, is the work of plastic deformation). The rate of energy storage is important characteristic of the whole energy storage processes. It is a macroscopic quantity that is influenced by many microscopic mechanisms. Each of them is described by the separate internal paramenter H_i. In mathematical description, the stored energy is a function of H₁, H₂, H₃,… H_n. Since there exist couplings between different mechanisms the function can not be, in general, written in the from: […]. The similar remark concerns also the energy storage rate. The present paper is devoted an answer if it is possible to distinguish the influence of the change in given internal parameter on the rate of energy storage. In order to find the answer the theoretical analysis of energy storage rate on the basis of phenomenological thermodynamics of plastic deformation was done. The theoretical description of the experimental method od stored energy determination is presented. The results of the analysis have been used to support the additive partitioning of the resultant rate of the energy stored and to show experiment which allows distinguishing the particular components. Each component represents the specific microscopic mechanism. The analysis of preliminary experimental data arrived at the conclusion that in the initial stage of plastic deformation of polycrystalline metal at least-two components of the energy storage rate exist. One of them is associated with the rise of dislocation density, and another one is related to the internal stress field due to elastic accommodation of incompatible strains in the vicinity of grain boundaries.

PL

Energia zmagazynowana została zdefiniowana jako przyrost energii wewnętrznej badanego materiału, wywołany odkształceniem plastycznym i wyznaczony w stania odciążonym. Charakteryzuje ona stan odkształconego materiału. Ten stan a więc i energia zmagazynowana zależy od historii odkształcenia. Miarą przemiany energii w danym punkcie procesu deformacji jest stosunek nieskończenie młlej zmiany energii zmagazynowanej de_sdo nieskończenie małego przyrostu pracy odksztalcenia plastycznego dw_podpowiadającego tej zmianie. Tę wielkość nazwano zdolnością magazynowania energii. Zdolność magazynowania energii jest makroskopowym przejawem wielu mikroskopowych mechanizmów. Każdemu z nich przypisano parametr H_i. Energię zmagazynowaną można przedstawić jako funkcję parametrów: H₁, H₂, H₃,… H_n. Miedzy tymi parametrami wystepują sprzężenia i dlatego, w ogólnym wypadku, funkcji e(H₁, H₂, H₃,… H_n) nie można zapisać w formie (...). Powstaje pytanie, czy zdolność magazynowania energii mozna przedstawić jako sume skladników, odpowiadających poszczególnym parametrom H_i. Odpowiedź na nie jest głównym celem niniejszej pracy. Uzyskano ją drogą teoretycznej analizy zdolności magazynowania energii na gruncie fenomenologicznej termodynamiki odksztalcenia plastycznego. W związkuz tym przedstawiono w skrócie teoretyczny opis eksperymentalnej metody wyznaczania energii zmagazynowanej. Wynik analizy teoretycznej posłużył do zaproponowania eksperymentów umozliwiajacych rozróżnienie i identyfikacje niektórych składników zdolności magazynowania energii. Ze wstępnych danych wynika, że na początku odkształcenia plastycznego polikryształu występują co najmniej dwa składniki zdolności magazynowania energii. Jeden z nich jest zwiazany ze wzrostem gęstości dyslokacji, drugi - odpowiada generacji pola naprężeń wewnętrznych, wywołanej sprężystą akomodacją niekompatybilnych odkształceń poszczególnych ziaren polikryształu.

Słowa kluczowe

EN

plastic strain; energy storage

PL

odkształcenia plastyczne; magazynowanie energii

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN SA
• Czasopismo: Archives of Metallurgy
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 47, iss. 3
• Strony: 261--273
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Oliferuk W.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki, PAN, 00-049 Warszawa, ul. Świętokrzyska 21

autor

Raniecki B.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki, PAN, 00-049 Warszawa, ul. Świętokrzyska 21

Bibliografia

• [1] G. I. Taylor, H. Quinney, Proc. Roy. Soc. A. 143A, 307-326 (1933).
• [2] J. J. Mason, A. J. Rosakis, G. Raviehandran, Mech. of Mater. 17 135-146, (1994).
• [3] D. Mandal, I. Baker, Acta Metall. 33, 4, 645-650 (1995).
• [4] D. Mandal, I. Baker, Acta Metall. 33, 5, 831-836 (1995).
• [5] X. Liu, L. P. Karjalainen, J. Perttula, Proceed, of 7th Internal. Symp. on Physical Simulation of Casting. Hot Rolling and Welding. Ed.: H. G. Suzuki, T. Sakai and F. Maisuda, 236-244 (1997).
• [6] R. Kapoor, S. Nemat-Nasser, Mech. of Mater. 27 1-12 (1998).
• [7] A. T. Zehder, Mech. Res. Com. 18, 1, 23-28 (1991).
• [8] E. Soos, L. Badea, Eur. J. Mech. A/Soliifc 16, 3. 467-500 (1997).
• [9] P. Rosakis, A. J. Rosakis, G. Ravichandran, J. Hodowany, J. Mech. Phys. Solids 48. 581-607 (2000).
• [10] W. Oliferuk, S. P. Gadaj, M. W. Grabski, Mater. Sci. Eng. 70, 131-836 (1985).
• [11] W. Oliferuk, W. A. Świątnicki, M. W. Grabski, Mater. Sci. Eng. A 161, 55-63 (1993).
• [12] W. Oliferuk, W. A. Świątnicki, M. W. Grabski, Mater. Sci. Eng. A 197, 49-58 (1995).
• [13] W. Oliferuk, A. Korbel, M. W. Grabski, Mater. Set. Eng. A 220, 123-128 (1996).
• [14] W. Oliferuk, A. Korbel, M. W. Grabski, Mater. Sci. Eng. A 234-236, 1122-1125 (1997).
• [15] A. Korbel, P. L. Martin, Acta Metall. 34, 10, 1905-1909 (1986).
• [16] A. Korbel, P. L. Martin, Acta Metall. 36, 9, 2575-2585 (1988).
• [17] J. Kestin, A Course in Thermodynamics, McGRAW-HILL BOOKCOMPANY, 1, 77 (1979).
• [18] W. Oliferuk, B. Raniecki, Mater. Sci. Eng., (2002) (in press).