Structural and mechanical relaxation on annealing in glass-metal layered composites Barbotko, M.A., Lyubimova, Olga, Ostanin, Maksim Materials Physics and Mechanics, 2023 The technological modes of annealing of the layered glass-metal composite material – glass-metal composite – which include heating-up to the glass softening point and aftercooling with annealing are investigated. The mathematical model of stress evolution is considered. The complexity in modeling is caused by the combined deformation of the glassy layer and the elastic-plastic layer with non-uniform temperature changes. Structural and mechanical relaxation processes in the glass transition interval are described within the framework of the relaxation kinetic theory of glass transition. The algorithm for calculations of technological and residual stresses in glass-metal composite, at different modes, is proposed. A comparison of the numerical method with the analytical solution obtained for constant thermomechanical parameters of materials is presented. The practical implications are in the possibility of modeling technological and residual stresses in laminated structural cylindrical systems functioning during cyclic heating-cooling to high temperatures, including glass transition and plastic deformation of the layers.
Experimental investigations of varying the temperature parameters in the glass-transition range for glass-metal composites when heated Lyubimova, Olga, Barbotko, M.A., Streltcov, A.A. Materials Physics and Mechanics, 2023 The article is concerned with the preliminary experimental investigation of varying the linear extension of glass in composition of the glass-metal composite on basis of steel 20 (st20) and glass S52-1 when heated to transition temperature from the solid state to the high viscous one. The characteristic temperatures of glass-transition (Tg) and softening (Tf) and the glass transition from the solid state to the high viscous one (∆Tg) were determined. In order to determine the basic parameters in the approximated model of the coefficient of linear thermal expansion, the linear rate of variation was fixed in the vicinity of the glass-transition temperature and softening temperature. The simulation was based on the Williams-LandelFerry relation and Sanditov’s model of delocalized atoms. The statistical processing of results was carried out using small samples, and the experimental investigation of changing the temperature parameters under conditions of varying the rate of heating was planned.
Modeling of heat transfer due to induction heating of laminated glass-metal materials O. N. Lyubimova, M. A. Barbotko Thermophysics and Aeromechanics, 2021 The heat-induced variations in material properties for a layered glass-metal composite material were studied for the case of induction heating and the subsequent composite annealing of the sample. A cylindrical sample of the composite (outer metal cylinder covering the glass cylinder) was used in our experimental study. This sample is an imitation of a brittle rock under a high stress. The simulation complexity originates from superposition of the glass point transition within the glass layer, induction heating for the whole sample, and heat radiation from the external metallic surface. Structural and mechanical relaxation processes in glass are calculated using the Boltzmann-Volterra superposition and the Tula-Narayanaswami-Mazurin-Moynihan (TNMM) model based on introducing a structural temperature as an additional parameter. The paper offers a mathematical model and a simulation method for calculating the temperature field and material properties distributions during the composite production process. The simulation results are presented for various regimes of heating and for glass-metal composite properties. This approach is useful for evaluating the operation modes of the glass layer annealing and for estimating the evolution of laminated composite materials.
METHOD FOR CALCULATING STRESS EVOLUTION IN GLASS-METAL COMPOSITE TAKING INTO ACCOUNT STRUCTURAL AND MECHANICAL RELAXATION PROCESSES O.N. Lyubimova, M.A. Barbotko Computational Continuum Mechanics, 2019 Исследуются технологические режимы отжига слоистого стеклометаллического композиционного материала – стеклометаллокомпозита, которые включают нагрев до температуры размягчения стекла и последующее охлаждение с отжигом. Стеклометаллокомпозит цилиндрической формы с наружным металлическим и внутренним стеклянным сплошными цилиндрами используется как модельный образец при экспериментальных исследованиях сильно сжатых хрупких горных пород. Рассматривается математическая модель эволюции технологических и остаточных напряжений при его отжиге. Сложность при моделировании обусловлена процессом стеклования в стекле и упругопластичным поведением металла. Структурные и механические релаксационные процессы в стекле рассчитываются по методу Тула–Нарайсвами–Мойнихана–Мазурина, который основан на представлении о структурной температуре как дополнительном параметре, характеризующем состояние стекла, и принципе суперпозиции Больцмана–Вольтерры. Учитывается зависимость вязкости и коэффициента линейного температурного расширения от структурной температуры. Для металлического цилиндра упругое состояние в пространстве напряжений ограничено поверхностью предельного состояния Мизеса. На границе соединения стекла и металла выполняется условие идеального контакта. В работе предлагается конечно-разностная схема расчета структурных изменений и технологических напряжений в композите во всем интервале температурной обработки после нагрева. Для оценки точности предложенного алгоритма расчетов находилось аналитическое решение задачи с ядром Максвелла при отсутствии температурно-временной аналогии в стекле и упругого деформирования металлического слоя. Приведены расчеты технологических и остаточных напряжений в стеклометаллокомпозите, изготовленном из боросиликатного стекла и малоуглеродистой стали, при различных температурных режимах отжига. Предложенная математическая модель и метод расчета могут быть полезными, например, при расчетах остаточных напряжений при нанесении стеклянных покрытий на металлические трубы.
