Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Национальный
исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по научной работе и
инновациям, профессор
_____________ /В.А. Власов/
«___»_____________2012 г.
м.п.
РЕКЛАМНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
Программный комплекс SPFCC для исследования закономерностей
пластической деформации в материалах с гранецентрированной
кубической структурой. Версия 3
.02069303.00001-01 99 01
Листов 6
Разработчики:
______________________/Семенов М.Е./
______________________/ Колупаева С.Н./
______________________/ Рожнов А.И./
25.05.2012>
Томск 2012
2
.02069303.00001-01 99 01
1. Функциональное назначение программы, область её применения, её
ограничения
1.1.Назначение программы
Кристаллографическое скольжение практически всегда сопутствует
другим явлениям, обеспечивающим макроскопическое формоизменение
кристаллических материалов, и обычно является доминирующим
процессом пластичности кристаллов. Процессы пластической деформации
механизмами скольжения обусловлены, главным образом, образованием,
движением, взаимодействием и аннигиляцией дефектов, прежде всего
дислокаций и точечных дефектов, поэтому весьма эффективно при
описании закономерностей пластической деформации скольжением
использование математических моделей, основу которых составляют
уравнения баланса деформационных дефектов, представленные в виде
системы обыкновенных дифференциальных (ОДУ).
В качестве базового структурного элемента, относительно которого
ведется рассмотрение механизмов сдвиговой пластичности в
математической модели пластической деформации в ГЦК материалах,
выбрана зона кристаллографического сдвига. Описание механизмов и
закономерностей генерации, аннигиляции и взаимной трансформации
деформационных
дефектов
различного
типа
базируется
на
фундаментальных физических и топологических свойствах дефектов,
осуществляющих пластический массоперенос.
В качестве переменных математической модели, характеризующих
деформационную дефектную среду металлов с гранецентрированной
кубической (ГЦК) структурой выбраны: сдвигообразующие дислокации,
дислокации в дипольных конфигурациях вакансионного и межузельного
типа, межузельные атомы, моно- и бивакансии, учтен полный набор
взаимодействий между точечными дефектами. В общем виде система
уравнений баланса деформационных дефектов представлена в работах [1].
1
Для дисперсно-упрочненных материалов система уравнений включает
также уравнения баланса дислокационных призматических петель
вакансионного и межузельного типа [2].
Система уравнений дополнена уравнением, описывающим воздействие,
которое является причиной деформации. Для случая деформирования
кристалла с постоянной скоростью деформации это уравнение имеет вид
a =const и позволяет найти значение приложенного напряжения τ, для
1. Семенов М.Е., Колупаева С.Н., Рожнов А.И. Математическое моделирование процессов пластической
деформации ГЦК материалов в условиях изменяющейся скорости деформирования // Вестник ПГТУ.
Механика. – 2011. – №3 – C. 100–117.
2. Семенов М.Е., Колупаева С.Н., Ковалевская Т.А., Данейко О.И. Математическое моделирование
деформационного упрочнения и эволюции деформационной дефектной среды в дисперсно-упрочненных
материалах // Эволюция структуры и свойства металлических материалов (глава в книге) / Под общей
редакций А.И.Потекаева. – Томск: Изд-во НТЛ, 2007. – С. 5-41.
3
.02069303.00001-01 99 01
деформации при постоянном приложенном напряжении уравнение
приобретает вид τ = const, для деформации при постоянной нагрузке,
соответственно, P=const. В последнем случае действующее напряжение
определяется как τ = τ0 ехр (а/ks) (растяжение) или τ = τ0 ехр (−а/ks)
(сжатие), где ks − множитель Закса, τ0 – значение приложенного
напряжения в начальный момент времени.
Для программной поддержки математической модели создан
комплекс программ “SPFCC v3.0“. Взаимодействие пользователя с
программой “SPFCC v3.0“ (Slip Plasticity of Face-Centered Cubic)
происходит через графический интерфейс (рис. 1), где в ходе диалога
определяются значения параметров модели и начальные условия. Язык
интерфейса выбирает пользователь (русский или английский). В ходе
компьютерных экспериментов полученные результаты и значения
параметров модели автоматически сохраняются в СУБД Microsoft Access
либо в СУБД MySQL. Результаты также можно сохранить в виде
текстовых (формате *.txt) либо графических (формат *.bmp) файлов.
Рис. 1. Главное окно комплекса программ SPFCC
Программа
SPFCC
позволяет
проводить
исследования
закономерностей пластического поведения ГЦК материалов при
различных приложенных воздействиях (при постоянной скорости
деформации, при постоянном приложенном напряжении, при постоянной
нагрузке для растяжения и сжатия), в том числе и задавать программы
4
.02069303.00001-01 99 01
воздействий. На рис. 2 приведен графический интерфейс диалогового
окна «Менеджер входных данных», с помощью которого пользователь
может указать необходимые значения параметров математической модели,
степени деформации, при которых требуется изменить скорость
деформирования (количество переключений определяет пользователь).
Рис. 2. Диалоговое окно «Менеджер входных данных»,
вкладка «Нагружение»
Для нахождения численного решения системы (1) в программе
использованы: явный линейный многошаговый метод Адамса (нахождение
точек разгона) и линейный многошаговый метод Гира переменного
порядка (в форме формул дифференцирования назад).
При разработке программы использован объектно-ориентированный
подход, который обеспечивает разработчику гибкую возможность
дальнейшей модификации, расширения комплекса новыми программными
модулями, предназначенными для описания различных типов материалов
и воздействий или альтернативными численными методами решения
задач.
1.2. Область применения программы
Комплекс программ “SPFCC v3.0“ используется аспирантами и
сотрудниками кафедры теоретической механики, кафедры прикладной
математики Томского государственного архитектурно-строительного
университета (ТГАСУ), кафедры высшей математики и математической
физики Томского политехнического университета (ТПУ) как лабораторная
5
.02069303.00001-01 99 01
установка. Работа с программой “SPFCC v3.0“ включена в рабочую
программу дисциплины "Математическое моделирование пластической
деформации металлов и сплавов".
Разработанные модели и комплекс программ могут быть
использованы для комплексных расчетов совместно с моделями механики
и моделями технологических процессов обработки материалов.
Вычислительный модуль комплекса программ может быть использован
для решения жестких систем ОДУ в различных предметных областях.
1.3. Ограничения использования программы
В текущей версии компьютерной программы “SPFCC v3.0” расчеты
могут быть проведены для монокристаллов чистых ГЦК металлов (медь,
алюминий, никель) и дисперсно-упрочненных материалов на их основе.
Для этих материалов значения модуля сдвига и энергии активации
образования и миграции дефектов представлены во встроенной базе
данных параметров. Для вышеуказанных материалов соответствующие
значения параметров автоматически подставляются при выборе
пользователем соответствующего материала в графическом меню.
Программа “SPFCC v3.0” может быть использована только для описания
процессов пластической деформации при постоянной скорости
деформации, при постоянном приложенном напряжении, при постоянной
нагрузке (в условиях растяжения, сжатия).
Архитектура приложения “SPFCC v3.0” позволяет при пополнении
базы данных параметров значениями для других ГЦК металлов и
дисперсно-упрочненных материалов на их основе расширить спектр
исследуемых материалов, а также допускает увеличение числа
учитываемых составляющих деформационной дефектной среды и
возможных воздействий.
2. Техническое описание программы
2.1. Структура программного продукта
Компьютерная программа “SPFCC v3.0“ выполнена в виде программного
комплекса, который включает следующие блоки:
1) исходные данные модели (инициализация значений параметров
модели);
2) расчетный блок (обеспечивает численное решение системы ОДУ);
3) база данных (организация упорядоченного хранения данных и
технологии доступа к ним);
4) справка (отвечает за информационное обеспечение пользователя в
ходе работы с программой);
5) головной модуль (осуществляет загрузку/выгрузку ресурсов
программы, управление модулями, взаимодействие с пользователем).
6
.02069303.00001-01 99 01
2.2. Применяемые программные средства
Для реализации компьютерной программы “SPFCC v3.0“ была
использована среда Turbo Delphi 2006 for Windows.
2.3. Аппаратные требования
Программа “SPFCC v3.0“ предназначена для использования на
персональных компьютерах типа IBM PC, работающих под управлением
операционной системы Microsoft Windows 2000/XP/Vista/7.
Минимально возможная конфигурация компьютера для установки и
запуска:
 процессор Intel Pentium 500 Mгц;
 оперативная память 256 Мб;
 свободное пространство на жестком диске 5 Мб; клавиатура;
 графический
адаптер
SVGA
с
видеопамятью
128 Кб
(поддерживающий разрешение не хуже 640×320, 16 цветов);
 цветной монитор SVGA.
Характеристики компьютера, рекомендуемые для эффективной
работы:
 процессор Pentium 1 Ггц и выше;
 оперативная память 512 Мб;
 свободное пространство на жестком диске 30 Мб;
 графический адаптер SVGA с видеопамятью 512 Кб или более
(поддерживающий разрешение 800×600, High Color);
 цветной монитор SVGA с размером диагонали экрана 15" и более.
3. Специальные условия применения и требования организационного,
технического и технологического характера
Компьютерная программа “SPFCC v3.0“ требует для своей работы
программный
продукт
Microsoft
Access
97/XP/2003/2007/2010
(производитель Microsoft) либо MySQL v.5 или выше (поддержка Oracle).
Компьютерная программа “SPFCC v3.0“ представляет комплексную
научно-исследовательскую работу, проводимую сотрудниками ТПУ и
ТГАСУ.
4. Условия передачи программной документации или ее продажи
Программная документация распространяется на основании
специального
договора,
в
соответствии
с
действующим
законодательством.
Работа
выполнена
в
рамках
государственного
задания
“Наука“ № 1.604.2011.