Диссертация (1143855), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Методы испытания динамических свойств материалов привысокоскоростном нагруженииПрименение интегрального критерия накапливоемости повреждаемости,при известном механическом поле позволяет описать переход материала изсостоянияупругогодеформированиявпластическое,соответствующееопределенным остаточным деформациям или в разрушенное состояния. Данноеописание рассматривается в первом пункте настоящей главы.Во втором и третьем пунктах рассматриваются методы динамическихиспытаний материалов, среди которых испытания на ударный изгиб и откол,методыТейлорарассматриваютсяиГопкинсона-Кольскогосхемысприменением[8].Вчетвертоммагнитноимпульсногопунктеспособанагружения, при этом на свойства материала под действием протекающего пообразцу наведенного тока по мимо интегрального нагрева и силы Лоренца можетоказыватьвлияниеэлектропластическийрассматривается в пятом пункте главы.17идругиеэффекты,которые1.1. Феноменологический подход описания перехода материала из упругогосостояния в другоеПри статическом нагружении в нормальных условиях в отсутствиисторонних факторов переход материалов из упругого состояния в разрушенноеили в состояние пластического течения можно описать при помощи критериев [9]:гдегде1,с-1, с -где ,1<с,(1.1)1<с,(1.2)<,(1.3)нормальное напряжение и его критическое значение;относительное удлинение и его предельное значение;䁎11,1耀䁠1<,,1,- максимальное касательное напряжение и его предельное значение,-предел текучести материала.<где ,(1.4),- энергия деформации и её предельное значение.В случае отрицательности первого инварианта тензора напряжений<где ,,< :(1.5)- энергия формоизменения и её предельное значение.Критериями (1.1)-(1.5) можно описывать статические процессы, онихарактеризуютсязначенияс, с,выполнениемпридостижениинекоторогокритическогопри переходе к динамическим процессам эти значения являютсятакже изменяющимися во времени.Рассматривая время до разрушения материала (долговечности) - времярелаксацииможно использовать следующий критерий С.Н.
Журкова:18где- постоянная Больцмана,䁠ਲ਼(1.6),- параметр по порядку величины близкий кпериоду тепловых колебаний атомов, а так же к времени пробега упругихколебаний по характерному размеру атомной решётки,- начальныйактивационный барьер, равный для металлов энергии перехода из твёрдоговещества в газообразное(сублимации), при усложнении напряженного состоянияприближаетсякэнергиисамодиффузии,-структурныйпараметр,характеризующий скорость падения этого барьера с ростом напряжения.Используюкритерий(1.6)можнопостроитьрелаксации от приложенного напряжениязависимостьвремени, превышение которой будетсоответствовать переходу материала из упругого состояния в другое.В случае изменяющейся во времени нагрузки для непрерывного процессаимеет место интеграл повреждаемости Бэйли:(1.7)1,что означает суммирование повреждаемости.Скорость пластического течения материаладействием приложенного напряженияЗдесьобозначения- скорость деформации подможно описать формулой Аррениуса:(1.8)䁠ਲ਼аналогичны(1.6),-параметрматериала.Экспериментальным путём установлено, что зависимости (1.6) и (1.8) обладаютопределённой общностью, что дало основание предположить, что (1.6) формальноеследствиесовмещениядвухнезависимыхсоотношений:определяющего уравнения пластического течения и деформационного критерия.Действительно перемножая (1.6) и (1.8) получаем [9]:ܿ (1.9)Аналогично интегралу повреждаемости Бэйли так же можно описыватьдинамический переход из упругого состояния критерием:19где,(1.10)1,- функция зависимости от напряжения и температуры,,материала.
А так же функция- константаможет быть выбрана и от других параметров.По экспериментальным данным, можно аппроксимировать зависимостьвремени разрушения от приложенного напряжения, например в виде:где 耀 ,,- постоянные коэффициенты.,(1.11)Что соответствует критерию в виде [9]:где111(1.12)1,- константа материала; интегрирование проводится по всем промежуткамвремени, в которые. При значении постоянное n=1 интеграл имеет смыслимпульса положительных (растягивающих) напряжений.Так же в качестве функцииможет быть выбрана работа деформирования[2] в виде:ਲ਼Подставляя耀данноеਲ਼выражениев(1.13),интегралнакапливаемостиповреждаемости Бэйли (1.7) получим:1где ,11,(1.14)- постоянные значения для материала.В работе по разрушению хрупких материалов магнитноимпульснымспособом[2]дляоценкипотенциальной энергии ਲ਼ ,состояниясистемыиспользуетсязначение, при превышении которого система переходит вразрушенное состояние.При динамическом (импульсном) воздействии потенциальная энергияопределяется зависимыми от времени параметрами ਲ਼и.
С учетом того,что процесс перехода системы из одного состояние в другое требует времени,20переход системы в разрушенное состояние реализуется при достижении среднейна некотором временном интервалепредельного значения ਲ਼потенциальной энергии системы.Это положение может быть записано в виде условиядля хрупких материалов:1ਲ਼(1.15),нарушение которого соответствует разрушению системы, здесь-параметр материала.Данное выражение соответствует интегралу Бэйли (1.7) для функцииповреждаемости (1.13) и значению параметров 1и耀.Рисунок 1.1 отражает графическую иллюстрацию описанной ситуации.Очевидно, что в данной постановке, разрушение происходит при равенствеобъёмов параллелепипеда,,,ਲ਼,,и фигуры с характерными точкамиਲ਼, , грани которой определяются видом нагрузки и деформационнойзависимостьюਲ਼,плоскости ਲ਼,(на Рисунке 1.1 показан пример для линейной зависимости). ВRo , разделяющая не разрушенное I и разрушенное IIкриваясостояния системы, определяется параметрами минимальной разрушающейнагрузки амплитудойਲ਼,и длительностью.Для описания поведения системы в условиях одномерного растяжения,условие (1.15) для хрупких, можно записать в виде:где,1(1.16),- текущие значения деформации и напряжения, m -значениедеформации, соответствующее предельному значению напряжения упругогосостояния для данного материала.Это уравнение соответствует интегралу Бэйли (1.7) для функцииповреждаемости (1.13) и значению параметра211и.Рисунок 1.1 Сценарий разрушения [2].1.2.
Испытание на ударный изгиб и отколПри испытаниях материалов на ударную прочность могут применятьсясхемы с пружинным, вертикальным нагружением и с применением маятниковогокопра [10, 11]. При использовании маятникового копра, разгоняемый копротводится на расстояние соответствующее определённой потенциальной энергиии отпускают. Если кинетическая энергия достаточна для деформирования иразрушения образца, то копер разрушив образец под действием оставшейсяэнергии поднимается на определённую высоту, соответствующую остаточнойэнергии копра после разрушения образца. Значение величины работы удара22определяется как разность потенциальных энергий копра в исходном положениии остаточной энергии копра.Для исследования динамических свойств материалов широко применятиспытание на откол [12, 13, 14, 15, 16], упрощённая схема которого представленана Рисунке 1.2.
В данной схеме на снаряд - 1 воздействуют импульснымдавлением P0 , получаемым различными способами среди которых детонациявзрывчатого вещества, сжатый газ, лазерным воздействием, магнитноимпульснымразгоном [17, 18, 19] и др. Под воздействием давления снаряд перемещается всторону образца - 2. При это происходит регистрация скорости движения снарядаvi , например при помощи сигналов с фотодиодов, установленных на путяхпрохождения лучей лазеров, которые прерывается во время прохождения снаряда[12].Основнымпараметромкоторыйможетбытьзарегистрированприиспытании на откол являются скорость движения свободной стенки образца v f .Наибольшее распространение получили интерференционные измерения - 3скорости перемещения свободной стенки образца [12].Сопоставляярезультатычисленногомоделированиясданнымиэксперимента по скорости движения свободной стенки образца и скорости удараРисунок 1.2 Схема испытания на откол: 1 - снаряд, 2 - образец, 3 регистрирующее устройство (интерферометр).23снаряда по образцу можно верифицировать модели материалов при высокихскоростях деформирования [20, 21].Также по экспериментальным профилям скорости движения свободнойграницы образца можно оценить откольную прочность, которая пропорциональнаразности максимальной скорости движения стенки и скорости перед фронтомоткольных колебаний.
Это следует из того, что в рассматриваемой схеме привоздействии снаряда на образец, в последнем формируется волна сжатия котораяраспространяется до свободной стенки образца, затем отражается в виде волнырастяжения. При растяжении выше предельного значения, формируется зонаразрушения в виде откольной тарелочки, растягивающие напряжения быстроспадают и образуется волна сжатия направленная к свободной стенке отобразовавшейся откольной поверхности, затем многократно отражаясь междусвободной стенкой и откольной поверхностью наблюдается в виде откольныхколебаний на профиле измеряемой скорости. Разность между амплитудойскоростью движения свободной стенки и фронтом откольных колебанийсоответствует растягивающим усилиям действующим на материал до его разрыва[22].Получениетакимобразом откольнойпрочностидляпластическихматериалов затруднено тем, что отражённая волна растяжения воздействует наматериал, который был прежде подвержен сжатию от проходившей волны, чтовлияет на поведение материала, т.к деформационная кривая растяжения послесжатия материала может существенно отличаться от деформационной кривой дляначального состояния материала [23].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
