izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2020-24-2-37-48izvestswsu-771Research ArticleМашиностроение и машиноведениеMechanical engineering and machine scienceК построению амплитудной зависимости внутреннего трения при колебаниях пористых металлических композитовTo the Construction of the Amplitude Dependence of Internal Friction with Vibrations of Porous Metal CompositesАрхиповИ. К.ArkhipovI. C.

Архипов Игорь Константинович - доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник кафедры технологии и сервиса.пр. Ленина 125, Тула 300026.

Igor C. Arkhipov - Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Leading Researcher of the Technology and Service Department, Tula State Pedagogical University named after Lev Tolstoy.125 Lenin str., Tula 300026.

iarh@list.ruАбрамоваВ. И.AbramovaV. I.

Абрамова Влада Игоревна - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии и сервиса.пр. Ленина 125, Тула 300026.

Vlada I. Abramova - Cand of Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department of technology and service, Tula State Pedagogical University named after Lev Tolstoy.125 Lenin str., Tula 300026.

abramova_vi@mail.ruГвоздевА. Е.GvozdevA. E.

Гвоздев Александр Евгеньевич - доктор технических наук, профессор.пр. Ленина 125, Тула 300026.

Aleksandr E. Gvozdev - Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Tula State Pedagogical University named after Lev Tolstoy.125 Lenin str., Tula 300026.

gwozdew.alexandr2013@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3862-8624АгеевЕ. В.AgeevE. V.

Агеев Евгений Викторович - доктор технических наук, профессор.ул. 50 лет Октября 94, Курск 305040.

Evgeniy V. Ageev - Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Southwest State University.50 Let Oktyabrya str. 94, Kursk 305040.

ageev_ev@mail.ruКутеповС. Н.KutepovS. N.

Кутепов Сергей Николаевич - кандидат педагогических наук, профессор.пр. Ленина 125, Тула 300026.

Sergey N. Kutepov - Cand of Sci. (Pedagogical), Professor, Tula State Pedagogical University named after Lev Tolstoy.125 Lenin str., Tula 300026.

kutepov.sergei@mail.ruКалининА. А.KalininA. A.

Калинин Антон Алексеевич – инженер.пр. Ленина 92, Тула 300012.

Anton A. Kalinin - Engineer, Tula State University.92 Lenin str., Tula 300012.

antony-ak@mail.ruТульский государственный педагогический университет им. Л.Н. ТолстогоTula State Pedagogical University named after L.N. TolstoyЮго-Западный государственный университетSouthwest State UniversityТульский государственный университетTula State University2020041020202423748Copyright © Архипов И.К., Абрамова В.И., Гвоздев А.Е., Агеев Е.В., Кутепов С.Н., Калинин А.А., 20202020Архипов И.К., Абрамова В.И., Гвоздев А.Е., Агеев Е.В., Кутепов С.Н., Калинин А.А.Arkhipov I.C., Abramova V.I., Gvozdev A.E., Ageev E.V., Kutepov S.N., Kalinin A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/771

Цель исследования. Построение амплитудной зависимости декремента продольных и изгибных колебаний образцов пористых металлических композитов, изготовленных по 3D-технологии.Методы. Основное внимание уделено роли микропластичности в рассеянии энергии колебаний, поскольку величина декремента в композите будет больше, чем в монолитном материале. Учитывается влияние пористости на уровень рассеяния энергии. Использовалась статистическая модель, основанная на результатах теории функционалов, заданных на случайных процессах.Результаты. Это позволило найти концентрацию микропластических зон в композите при продольных и изгибных колебаниях образца. Величина декремента колебаний определяется как отношение потенциальной энергии пластических деформаций к общей потенциальной энергии всего образца. Для вычисления эффективных модулей в композите применяется известная методика теории упругости микронеоднородных сред. Полученные результаты свидетельствуют о том, что пористость существенно влияет на концентрацию микропластических зон и рассеяние внутреннего трения при продольных и изгибных колебаниях. Однако следует отметить, что при малых амплитудах микропластические области в окрестностях пор не образуются. Поэтому причины возникновения рассеяния энергии не объясняются только микропластичностью. Источником таких потерь являются дислокационные, ферромагнитные и другие причины. Однако уровень этих потерь значительно меньше, чем указанный в данной работе, и зависит только от частоты колебаний.Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при установлении закономерностей поведения различной природы слитковых, порошковых и композиционных материалов с высокой дисперсностью в фазовых и структурных составляющих в различных условиях и состояниях.

Purpose of research was to plot the amplitude dependence of the decrement of longitudinal and bending vibrations of samples of porous metal composites manufactured using 3D technology.Methods. The main attention is paid to the role of microplasticity in the scattering of the vibration energy, since the decrement value in composite will be greater than in monolithic material. The effect of porosity on the level of energy dissipation is taken into account. We have used a statistical model based on the results of the theory of functionals given on random processes.Results. This made it possible to find the concentration of microplastic zones in the composite during longitudinal and bending vibrations of the sample. The value of the vibration decrement is defined as the ratio of the potential energy of plastic deformations to the total potential energy of the entire sample. To calculate the effective moduli in the composite, the well-known technique of the theory of elasticity of micro-inhomogeneous media is used. The results obtained indicate that porosity significantly affects the concentration of microplastic zones and the scattering of internal friction during longitudinal and bending vibrations. However, it should be noted that at low amplitudes, microplastic regions are not formed in the vicinity of the pores. Therefore, the reasons for the appearance of energy dissipation are not explained only by microplasticity. The source of such losses are dislocation, ferromagnetic and other reasons. However, the level of these losses is much less than that indicated in this work, and depends only on the oscillation frequency.Conclusion. The results obtained can be used to establish the patterns of behavior of various natures of ingot, powder and composite materials with high dispersion in phase and structural components in various conditions and states.

внутреннее трениеметаллические композитымикропластические зонынапряженно-деформированное состояниеinternal frictionmetal compositesmicroplastic zonesstress-strain stateРабота подготовлена в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки России №11.6682.2017/8.9.The work was prepared as part of the state task of the Ministry of education and science of the Russian Federation No. 11.6682.2017/8.9.ReferencesАрхипов И.К., Толоконников Л.А. Эффективные соотношения между напряжениями и деформациями в корреляционной теории упругопластических деформаций // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1984. Т. 2. С. 196-200.Arkhipov I. K., Tolokonnikov L. A. Effektivnye sootnosheniya mezhdu napryazheni-yami i deformatsiyami v korrelyatsionnoi teorii uprugoplasticheskikh deformatsii [Effective relations between stresses and deformations in the correlation theory of elastic-plastic deformations]. Izvestiya AN SSSR. Mekhanika tverdogo tela = Proceedings of the USSR Academy of Sciences. Solid Mechanics, 1984, vol. 2, pp. 196-200 (In Russ.).Хусу А.П. О некоторых встречающихся в технике функционалах, заданных на процессах // Вестник ЛГУ. 1956. Т. 1. № 1. С. 88-100.Khusu A. P. O nekotorykh vstrechayushchikhsya v tekhnike funktsionalakh, zadannykh na protsessakh [On some functionals found in technology, specified on processes]. Vestnik LGU. = Bulletin of LSU, 1956, vol. 1, no. 1, pp. 88-100 (In Russ.).Архипов И.К., Головин С.А., Петрушин Г.Д. К оценке рассеяния энергии в композиционных материалах // Проблемы прочности. 1984. № 8. С. 94-96.Arkhipov I. K., Golovin S. A., Petrushin G. D. K otsenke rasseyaniya energii v kompozitsionnykh materialakh [Estimation of energy scattering in composite materials]. Problemy Prochnosti = Problems of Strength, 1984, no. 8, pp. 94-96 (In Russ.).Безухов Н.И. Основы упругости, пластичности и ползучести. М: Высшая школа, 1968. 512 с.Bezukhov N. I. Osnovy uprugosti, plastichnosti i polzuchesti [Fundamentals of elasticity, plasticity and creep]. Moscow, Vysshaya shkola publ., 1968, 512 p. (In Russ.).Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. М.: Наука, 1977. 399 с.Shermergor T. D. Teoriya uprugosti mikroneodnorodnykh sred [Theory of elasticity of micro-homogeneous media]. Moscow, Nauka Publ., 1977, 399 p. (In Russ.).Чистяков В.П. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1978. 224 с.Chistyakov V. P. Kurs teorii veroyatnostei [Course of probability theory]. Moscow, Nauka Publ., 1978, 224 p. (In Russ.).Головин С.А. Упругие и демпфирующие свойства конструкционных металлических материалов. М.: Металлургия, 1987. 190 с.Golovin S. A. Uprugie i demPfiruyushchie svoistva konstruktsionnykh metallicheskikh materialov [Elastic and damping properties of structural metal materials]. Moscow. Metallurgiya Publ., 1987, 190 p. (In Russ.).Архипов И.К., Абрамова В.И. Определение концентрации микропластических зон в композите по амплитудной зависимости декремента колебаний // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 3. С. 490-493.Arkhipov I. K., Abramova V. I. Opredelenie kontsentratsii mikroplasticheskikh zon v kompozite po amplitudnoi zavisimosti dekrementa kolebanii [Determination of the concentration of microplastic zones in a composite by the amplitude dependence of the oscillation decrement]. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki = Izvestiya of the Tula State University. Technical Science, 2019, is. 3, pp. 490-493 (In Russ.).Гвоздев А.Е. Экстремальные эффекты прочности и пластичности в металлических высоколегированных слитковых и порошковых системах: монография. 2 изд., испр. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2019. 476 с.Gvozdev A. E. Ekstremal'nye effekty prochnosti i plastichnosti v metallicheskikh vysokolegirovannykh slitkovykh i poroshkovykh sistemakh [Extreme effects of strength and plasticity in metal high-alloy ingot and powder systems]. Tula, 2019, 476 p. (In Russ.).Макаров Э.С., Гвоздев А.Е., Журавлев Г.М. Теория пластичности дилатирующих сред: монография / под. ред. проф. А.Е. Гвоздева. 2-е изд. перераб. и оп. Тула: ИздательствоТулГУ, 2015. 337 с.Makarov E. S., Gvozdev A. E., Zhuravlev G. M. Teoriya Plastichnosti dilatiruyushchikh sred [Theory of plasticity of dilating media]. Tula, 2015. 337 p. (In Russ.).Antifriction properties of plasma-chemical coatings based on SiO2 with MoS2 nanoparticles under conditions of spinning friction on ShKh15 steel / A.D. Breki, S.E. Aleksandrov, K.S. Tyurikov, A.G. Kolmakov, A.E. Gvozdev, A.A. Kalinin // Inorganic Materials: Applied Research. 2018. Т. 9. № 4. С. 714-718.Breki A.D., Aleksandrov S.E., Tyurikov K. S., Kolmakov A. G., Gvozdev A. E., Kalinin A. A. Antifriction properties of plasma-chemical coatings based on SiO2 with MoS2 nanoparticles under conditions of spinning friction on ShKh15 steel. Inorganic Materials: APPlied Research, 2018, vol. 9, no.4, pp. 714-718.Влияние качества шихты на чувствительность стали 30ХГСА к водородному растрескиванию / Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, Е.В. Агеев, А.Е. Гвоздев, Д.С. Клементьев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2019. Т. 9, № 1 (30). С. 37-48.Sergeev N. N., Tikhonova I. V., Sergeev A. N., Kutepov S. N., Ageev E. V., Gvozdev A. E., Klementiev D. S. Vliyanie kachestva shikhty na chuvstvitel'nost' stali 30KhGSA k vodorodnomu rastreskivaniyu [Influence of charge quality on the sensitivity of 30KhGSA steel to hydrogen cracking]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2019, vol. 9, no. 1 (30), pp. 37-48 (In Russ.).Влияние качества шихты и температуры отжига на формирование зеренной структуры аустенита в стали 30ХГСА / Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, И.В. Минаев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, Е.В. Агеев, А.Е. Гвоздев, Д.С. Клементьев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2019. Т. 9, № 2. С. 8-26.Sergeev N. N., Tikhonova I. V., Minaev I. V., Sergeev A. N., Kutepov S. N., Ageev E. V., Gvozdev A. E., Klementev D. S. Vliyanie kachestva shikhty i temperatury otzhiga na formirovanie zerennoi struktury austenita v stali 30KhGSA [Influence of the charge quality and annealing temperature on the formation of the grain structure of austenite in 30KhGSA steel]. Izvestiya Yugo-ZaPadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2019, vol. 9, no. 2, pp. 8-26 (In Russ.).Разработка прогрессивных технологий получения и обработки металлов, сплавов, порошковых и композиционных наноматериалов: монография / М.Х. Шоршоров, A.Е. Гвоздев, В.И. Золотухин, А.Н. Сергеев, А.А. Калинин, А.Д. Бреки, Н.Н. Сергеев, О.В. Кузовлева, Н.Е. Стариков, Д.В. Малий. Тула: Издательство ТулГУ, 2016. 235 с.Shorshorov M. H., Gvozdev A. E., Zolotukhin V. I., Sergeev A. N., Kalinin A. A., Breki A.D., Sergeev N. N., Kuzovleva O. V., Starikov N. E., Maliy D. V. Razrabotka Progressivnykh tekhnologii Polucheniya i obrabotki metallov, splavov, poroshkovykh i kompozitsionnykh nanomaterialov [Development of progressive technologies for obtaining and processing metals, alloys, powder and composite nanomaterials]. Tula, 2016, 235 p. (In Russ.).Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов. Ч.1 (обзор) / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Г. Колмаков, А.Е. Гвоздев // Материаловедение. 2018. № 3. С. 27-33.Sergeev N. N., Sergeev A. N., Kutepov S. N., Kolmakov A. G., Gvozdev A. E. Mekhanizmy vodorodnogo rastreskivaniya metallov i splavov [Mechanisms of hydrogen cracking of metals and alloys]. Part I (review). Materialovedenie = Materials Science, 2018, no. 3, pp. 27-33 (In Russ.).Механизмы водородного растрескивания металлов и сплавов. 4.II (обзор) / Сергеев Н.Н., А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Г. Колмаков, А.Е. Гвоздев // Материаловедение. 2018. № 4. С. 20-29.Sergeev N. N., Sergeev A. N., Kutepov S. N., Kolmakov A. G., Gvozdev A. E. Mekhanizmy vodorodnogo rastreskivaniya metallov i splavov [Mechanisms of hydrogen cracking of metals and alloys]. Part II (review). Materialovedenie = Materials Science, 2018, no. 4, pp. 20-29 (In Russ.).Формирование пластических зон около сферической полости в упрочненных низкоуглеродистых сталях в условиях водородной стресс-коррозии / Н.Н. Сергеев, B.А. Терешин, А.Н. Чуканов, А.Г. Колмаков, А.А. Яковенко, А.Н. Сергеев, И.М. Леонтьев, Д.М. Хонелидзе, А.Е. Гвоздев // Материаловедение. 2017. № 12. С. 18-25.Sergeev N. N., Tereshin V. A., Chukanov A. N., Kolmakov A. G., Yakovenko A. A., Sergeev A. N., Leontiev I. M., Honelidze D. M., Gvozdev A. E. Formirovanie plasticheskikh zon okolo sfericheskoi polosti v uprochnennykh nizkouglerodistykh stalyakh v usloviyakh vodorodnoi stress-korrozii [Formation of plastic zones near a spherical cavity in hardened low-carbon steels under conditions of hydrogen stress corrosion]. Materialovedenie = Materials Science, 2017, no. 12, pp. 18-25 (In Russ.).Гвоздев А.Е., Журавлев Г.М., Колмаков А.Г. Формирование механических свойств углеродистых сталей в процессах вытяжки с утонением // Технология металлов. 2015. № 11. С. 17-29.Gvozdev A. E., Zhuravlev G. M., Kolmakov A. G. Formirovanie mekhanicheskikh svoistv uglerodistykh stalei v protsessakh vytyazhki s utoneniem [Formation of mechanical properties of carbon steels in the processes of drawing with thinning]. Tekhnologiya metallov = Metal Technology, 2015, no. 11, pp. 17-29 (In Russ.).Влияние разнозернистости аустенита на кинетику перлитного превращения в мало- и среднеуглеродистых низколегированных сталях / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, Д.А. Провоторов, И.В. Минаев, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова // Материаловедение. 2014. № 7. С. 23-26.Gvozdev A. E., Kolmakov A. G., Provotorov D. A., Minaev I. V., Sergeev N. N., Tikhonova I. V. Vliyanie raznozernistosti austenita na kinetiku perlitnogo prevrashcheniya v malo- i sredneuglerodistykh nizkolegirovannykh stalyakh [Influence of different-grained austenite on the kinetics of perlite transformation in low-and medium-carbon low-alloy steels]. Materialovedenie = Materials Science, 2014, no. 7, pp. 23-26 (In Russ.).Роль процесса зародышеобразования в развитии некоторых фазовых переходов второго рода / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, И.В. Минаев, И.В. Тихонова, А.Г. Колмаков // Материаловедение. 2015. № 1. С. 15-21.Gvozdev A. E., Sergeev N. N., Minaev I. V., Tikhonova I. V., Kolmakov A. G. Rol' protsessa zarodysheobrazovaniya v razvitii nekotorykh fazovykh perekhodov vtorogo roda [The Role of the germ formation process in the development of some phase transitions of the second kind]. Materialovedenie = Materials Science, 2015, no. 1, pp. 15-21 (In Russ.).On friction of metallic materials with consideration for superplasticity phenomenon / A.D. Breki, A.E. Gvozdev, A.G. Kolmakov, N.E. Starikov, D.A. Provotorov, N.N. Sergeyev, D.M. Khonelidze // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Т. 8. № 1. С. 126-129.Breki A. D., Gvozdev A. E., Kolmakov A. G., Starikov N. E., Provotorov D. A., Sergeyev N. N., Khonelidze D. M. On friction of metallic materials with consideration for superplasticity phenomenon. Inorganic Materials: Applied Research, 2017, vol. 8, no. 1, pp. 126-129.Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting / A.E. Gvozdev, N.N. Sergeyev, I.V. Minayev, I.V. Tikhonova, A.N. Sergeyev, D.M. Khonelidze, D.V. Maliy, I.V. Golyshev, A.G. Kolmakov, D.A. Provotorov // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. T. 8. № 1. С. 148-152.Gvozdev A. E., Sergeyev N. N., Minayev I. V., Tikhonova I. V., Sergeyev A. N., Khonelidze D. M., D Maliy. V., Golyshev I. V., Kolmakov A. G., Provotorov D. A. Temperature distribution and structure in the heat-affected zone for steel sheets after laser cutting. Inorganic Materials: APPlied Research, 2017, vol. 8, no. 1, pp. 148-152.Длительная прочность арматурной стали 22Х2Г2АЮ при испытаниях на коррозионное растрескивание в кипящем растворе нитратов / Н.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Н. Сергеев, А. Г Колмаков, В.В. Извольский, А.Е. Гвоздев // Деформация и разрушение материалов. 2019. № 8. С. 33-39.Sergeev N. N., Kutepov S. N., Sergeev A. N., Kolmakov A. G., Izvolsky V. V., Gvozdev A. E. Dlitel'naya prochnost' armaturnoi stali 22Kh2G2AYu pri ispytaniyakh na korrozionnoe rastreskivanie v kipyashchem rastvore nitratov [Long-term strength of reinforcement steel 22X2G2A in tests for corrosion cracking in a boiling solution of nitrates]. Deformatsiya i razrushenie materialov. = Deformation and Destruction of Materials, 2019, no. 8, pp. 33-39 (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.