Methods and results of studying the Portevin – Le Chatelier effect: physically-oriented continuous and multilevel models

The effects of intermittent plasticity, despite almost 200 years of history since its discovery, are still intensively studied by mechanics, materials scientists, and technologists processing metals and alloys by plastic deformation. With the development of experimental methods and instrumentation, more and more new mechanisms are being discovered that are responsible for the violation of the monotonicity of the response (stresses) under monotonic effects (growth of strains). To describe these effects, constitutive models (constitutive relations) based on various (macrophenomenological, thermodynamic, structural-mechanical, physical) approaches have been proposed and continue to be developed. Despite the variety of reasons for the emergence of discontinuous plasticity, it is generally recognized that in order to build correct constitutive models, it is necessary to analyze the processes that occur during inelastic deformation at the meso- and microlevels, and to describe the evolving structure of materials at various scale levels. Thus the use of physically oriented models is the most promising area of studies for the formulation of constitutive relations. The proposed article provides a brief overview of works constructing physically-oriented constitutive models suitable for studying the effects of discontinuous plasticity. The first part of the review presents models based mainly on the phenomenological approach to the formulation of a set of equations for studying the evolution of the defect structure of single- and polycrystal- line alloys, most of which use the continuum description. When creating physically-oriented mod- els, special attention is paid to the consideration of the mutual influence of defects of various natures, including the interaction of impurity atoms with dislocations. The second part of the re- view considers works based on the introduction of internal variables, a multilevel physically- oriented approach. Unfortunately, second-class models are currently very limited; nevertheless, the authors consider them the most promising for constructing constitutive models that adequate- ly describe the effects of discontinuous plasticity.

МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТА ПОРТЕВЕНА – ЛЕ ШАТЕЛЬЕ: ФИЗИЧЕСКИ-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ КОНТИНУАЛЬНЫЕ И МНОГОУРОВНЕВЫЕ МОДЕЛИ

Эффекты прерывистой пластичности, несмотря на почти 200-летнюю историю с момента своего открытия, продолжают являться объектами интенсивного изучения механиками, материаловедами, технологиями в области обработки металлов и сплавов пластическим деформированием. С развитием экспериментальных методов и инструментальной базы обнаруживаются все новые механизмы, ответ- ственные за нарушение монотонности отклика (напряжений) при монотонных воздействиях (ростом деформаций). Для описания данных эффектов предложены и продолжают разрабатываться конститу- тивные модели (определяющие соотношения), основанные на различных (макрофеноменологическом, термодинамическом, структурно-механическом, физическом) подходах. Несмотря на разнообразие причин возникновения прерывистой пластичности, общепризнанной являет- ся необходимость для построения корректных конститутивных моделей анализировать процессы, реализуе- мые при неупругом деформировании на мезо- и микроуровне, описывать эволюционирующую структуру материалов на различных масштабных уровнях. В связи с этим наиболее перспективными для формулировки определяющих соотношений в настоящее время представляется применение физически-ориентированных моделей. В предлагаемой статье приводится краткий обзор работ, посвященных построению физически- ориентированных конститутивных моделей, пригодных для исследования эффектов прерывистой пла- стичности. В первой части обзора приведены модели, базирующиеся в основном на феноменологиче- ском подходе к формулировке совокупности уравнений для исследования эволюции дефектной струк- туры моно- и поликристаллических сплавов, в большинстве своем использующие континуальное описа- ние. Особое внимание при создании физически-ориентированных моделей уделяется рассмотрению взаимовлияние дефектов различной природы, включая взаимодействие примесных атомов с дислока- циями. Во второй части обзора рассмотрены работы, основанные на введении внутренних переменных, многоуровневом физически-ориентированном подходе. К сожалению, моделей второго класса в настоя- щее время имеется очень ограниченное количество; тем не менее, авторы считают их наиболее пер- спективными для построения конститутивных моделей, адекватно описывающих эффекты прерывистой пластичности.