Диссертация (1149331), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Твердые тела с кристаллической структуройотличаются выраженной анизотропией и наличием плоскостей скольжения. Вомногих случаях движение дислокаций оказывается более предпочтительным именее энергозатратным, чем разрыв связей при хрупком разрушении (скол, отрыви т.д.). При пластической деформации уменьшаются локальные концентрациинапряжений и продвижение трещины ограничивается, что в свою очередьспособствует вязкому типу разрушения.Поэтому важно при описании экспериментальных данных заранееопределить модель разрушения материала, и тем самым, выбрать подходящийкритерий разрушения.В рамках настоящего исследования проводится рассмотрение хрупкогоразрушения и условий перехода материала в пластическое состояние, а такжеприменение к анализу этих процессов критерия инкубационного времени.

Анализреальных экспериментальных данных и объяснение возможных эффектовприводится в следующих главах. В настоящей же главе приводится лишь21расчетная схема определения прочностных характеристик материала дляширокого диапазона параметров внешнего воздействия для хрупкого разрушенияна основе структурно-временного подхода в механике разрушений. Такжерассматриваютсявариантыкритериятекучестиметалловвусловияхвысокоскоростного нагружения [47-51].Далее будет показано, что предложенные критерии применимы дляпроизвольной скорости изменения напряжения, в широком диапазоне скоростейдеформации – от квазистатического до высокоскоростного.1.2.

Критерии перехода материала в пластическое состояниеПластичность - свойство материала [52], [53], [54] необратимым образом(противоположно упругому деформированию) изменять геометрические размерыобразца под действием нагрузки, сохраняя при этом свою целостность. Ответ навопросы о том, какой момент считать переходом в пластическое состояние, ипроизошел ли такой переход или нет, является неоднозначным.Некоторые материалы, например малоуглеродистые, имеют так называемуюфизическую точку текучести.

Она определяется следующим образом. При анализеэкспериментальной зависимости деформации от времени имеется резкий изгибдиаграммы, соответствующий быстрому росту деформации, причем изменениескорости происходит на ограниченном интервале времени. Заметного ростанапряжения в то же время не происходит. Например, многими исследователямиотмечается немонотонный характер зависимости напряжения от деформации длямягкой стали. После достижения максимума (точка верхнего предела текучести)напряжение падает, несмотря на рост деформации. После достижения минимума(точка нижнего предела текучести) напряжение вновь начинает увеличиваться сростом деформации.Существование физической точки текучести облегчает задачу регистрациимакроскопическойпластичности.Однакобольшинствоиспользуемыхв22промышленности металлов не обладают такой характеристикой. В этом случае заоснову берется величина пластической (необратимой) деформации. Под пределомтекучести [55-59] в такой ситуации принимается определяемая в инженернойпрактике величина, называемая условным пределом текучести, т.е.

величинанапряжения,соответствующаявстатическихиспытанияхнеобратимойдеформации 0.2% .В ходе анализа экспериментальных данных ([60-62]) были выявленынекоторые особенности перехода материала в пластическое состояние. Например,в случае невысокой скорости приложения нагрузки для большинства материаловправомернымостаетсяприменениекритерия (1.1).Суменьшениемжедлительности нагружения статический критерий оказывался неприменим.Также можно отметить существенный разброс между результатами,полученными различными исследователями (например, в работе [62]) при анализеэкспериментальных данных. С одной стороны это связано с различиями вусловиях экспериментов, а с другой стороны с тем, что «динамическиехарактеристики» материала имеют большую зависимость от различных факторов.К числу таких факторов относятся: химический состав материала, возможнаяпредварительная обработка (отжиг и закалка), характеристики структуры,температура внешней среды (к примеру, температура) и т.д.

Все приведенныефакторы играют не последнюю роль и в условиях медленного приложениянагрузки, однако их влияние на динамические свойства материала гораздо болеесущественно. Целью настоящей работы не являлось исследование влияниятехнологии производства материалов (в том числе и образцов). Основнаяпоставленная задача - определение прочностных свойств уже готовых материаловв широком диапазоне изменения параметров внешнего воздействия, а также ответнавопросовозможностиприменимостиисследуемыхматериаловвэкстремальных режимах эксплуатации.Например, в опытах, проведенных с образцами из мягкой стали Вудом иКларком в 1949 году [63], а позднее и другими исследователями [61], [64-66],23отмечается явление, получившее название «задержка текучести» («yield delay»).Приложенное практически мгновенно напряжение существенно превышаетстатический предел текучести, при этом переход в пластическое состояниепроисходит не мгновенно, а через определенное время, в определенных случаях(при низких температурах) доходившее до нескольких секунд.

При этом большаяамплитуда приложенной нагрузки соответствует меньшему периоду задержки инаоборот. Причем было показано, что при величине амплитуды ниже пороговогозначения в статике материал остается в упругом состоянии. В данных работахбыло исследовано влияние на задержку текучести различных факторов:структуры, температуры, содержания примесей и т.д.Стоит отметить, что в экспериментальных исследованиях часто пытаютсяреализовать нагружение с постоянной скоростью. При высоких скоростях приэтом отмечается эффект существенного возрастания напряжения перехода впластическое состояние, причем большей скорости деформации соответствуетболеевысокоенапряжение.Примедленныхскоростяхвеличинаэтогонапряжения соответствует статическому пределу текучести.Благодаря испытаниям с постоянной скоростью нагружения (деформации)были сделаны выводы о роли скорости деформации.

Сам же эффект увеличенияпределатекучестираспространениеполучилполучилоназваниепонятие«скоростнойдинамическогоэффект».пределаШирокоетекучести,рассматриваемого в виде функции, зависящей от скорости деформации. Дляопределения этой функциональной зависимости первоначально планировалистроить экспериментальные диаграммы, связывающие предел текучести соскоростью деформации. Для реального же использования в расчетах многимиисследователями использовалисьаппроксимацииэтих диаграмм.Следуетзаметить некоторые очевидные недостатки такого подхода.

Во-первых, следуетотносить наблюдаемые эффекты не к скоростному, а, как уже упоминалось выше,к временному фактору. При быстром нагружении оказывается недостаточновремени на необходимые структурные изменения, что требует повышения24напряжения. Во-вторых, наличие ограниченного числа экспериментальныхданных испытаний (при этом фиксируя прочность материала в виде постояннойзависимости) не дает возможность сравнивать результаты, полученные поразличным экспериментальным схемам. При этом оказывается, что поройпостроениедиаграммспоследующейаппроксимациейэмпирическимизависимостями более трудоемко и менее эффективно, чем экспериментальноеопределение небольшого числа констант материала.Ранее было показано, что удобным способом анализа экспериментальныхданных является построение зависимости предельного напряжения от времениперехода материала в пластическое состояние.

Большое количество данных,полученных различными исследователями, показывают, что экспериментальныеточки, соответствуют малым временам («высокие скорости») нагружения, хорошоложатся на линейные аппроксимации в логарифмических координатах.Экспериментальные данные при этом можно выразить зависимостью вида: lg  *  lg t*  Const ,(1.5)где  - безразмерная постоянная, обычно существенно больше единицы, а t* и  *- время и напряжение перехода в пластическое состояние соответственно. Этивеличины связаны степенным законом: *  t *  Const .(1.6)Также возможен и вариант *  t  *  Const .(1.6б)Отличие между (1.6) и (1.6б) состоит в том, какой из двух факторовсчитается более значимым в данном случае: силовой или временной.

Для способанагружения с постоянной скоростью эти факторы эквивалентны. При этом припереходе к другому закону нагружения результаты прогнозов могут значительноотличаться.25Одинизвариантовсовпадаетскритерием,предложеннымДж. Кэмпбеллом в 1953 году [67]:∫ (где)(1.7),- момент перехода в пластическое состояние,- предел текучести притемпературе 0 К.Вариант критерия (1.7) будет другой, если учесть, что соотношение (1.6б)может быть получено сверткой функции, задающей нагрузку.∫.(1.8)К числу больших преимуществ данного подхода относится линейностьотносительно нагрузки, которой нет в критерии Дж.

Кэмпбелла.Соотношения 1.5 и 1.8 применимы для испытаний, проведенных по однойсхеме с постоянной скоростью деформации. Выше же приведена аргументация впользу необходимости учета критериями реальной истории нагружения. Согласнонеобходимостисопоставлениярезультатовиспытаний,проведенныхпоразличным схемам, исследователями была также предложены и другие критерии.Важно отметить, что все рассмотренные критерии текучести применимы только вусловиях динамического нагружения или же в режимах квазистатическихиспытаний.

Это приводит к противоречию с экспериментальными данными вшироком диапазоне изменения скорости деформации. Негативным результатомприменения двух и более подходов к анализу экспериментальных данныхявляетсяобласть«промежуточных»скоростейнагружения,которыенеохватываются ни статическим, ни динамическим критерием. Кроме того, остаетсянеясным, какое нагружение для данного материала считать медленным, а какое –быстрым. Какой критерий применять в каждом конкретном случае также являетсяотдельной задачей. Для инженерной практики это абсолютно недопустимо.Необходимо иметь работающий независимо от изменяющихся параметроввнешнего воздействия подход.

Во многих случаях требуется единый критерий,26описывающий свойства материала в широком диапазоне изменения скоростейдеформирования.Ктакимзадачамотносится,например,получениетемпературных зависимостей и моделирование смены типа разрушения («хрупковязкий» переход). На первый взгляд – это звучит как вызов на полнуюуниверсальность и абсолютную применимость, но это, к сожалению, не так. Вкаждом критерии существует своя зона применимости и ряд ограничений.В настоящей работе к анализу процессов пластического деформированияматериалов применятеся критерий вида (1.9) предложенный А.А. Груздковым иЮ.В. Петровым в 1991 году [68].1   ( s)  ds  1 y t - y   y ,t(1.9)где t – время,  (t ) – приложенное напряжение,  y – статический пределтекучести,  y – инкубационное время текучести,  – безразмерный параметр (ванглоязычной литературе используется термин «shape parameter»), отвечающий зачувствительность материала к амплитуде нагружения.

Характеристики

Список файлов диссертации