Диссертация (1149331), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Далее будет показано(п.3.2), что модель с  не равным единице можно применять и к разрушению похрупкому сценарию. Данный параметр характеризует степень реакции на уровеньвоздействия, не зависящую от временного фактора. У материала с большимзначением  практически отсутствует задержка текучести при постояннойнагрузке, а переход в пластическое состояние определяется(амплитудой)приложеннойнагрузки.Инкубационноевеличинойвременя можноохарактеризовать как характерное время релаксации, связанное с развитиемрелаксационных процессов в структуре материала (вызванное развитиемдефектов структуры). Данный параметр задает масштаб на временной шкале,указывая, в каком диапазоне скоростей нагружения материал может проявлятьдинамические свойства.

Параметр  y отвечает за реакцию материала на скоростьвоздействия.27Параметрyдлянекоторыхматериаловподлежитотдельномуопределению. Например, малоуглеродистые стали имеют физическую точкутекучести. При этом рассматривая зависимость деформации от времени можноотметить резкий изгиб диаграммы, соответствующий ускоренному ростудеформации, причем изменение скорости происходит на ограниченном интервалевремени. При этом большого возрастания напряжения не происходит.Например, для мягкой стали, многими исследователями отмечаетсянемонотонный характер зависимости напряжения от деформации.

Последостижения максимума (тока «верхнего предела текучести») напряжение падает,несмотря на рост деформации. После достижения минимума (точка «нижнегопредела текучести») напряжение снова начинает увеличиваться с ростомдеформации. В связи со всей сложностью и неоднозначностью исследуемыхпроцессов изначальным требованием к применению предложенного критерияявляется фиксация способа определения параметров критерия.Важно отметить, что в отличие от многих других критериев, приведенных внекоторых работах, например, Клепачко [69]и Тейлора [70], критерий (1.9)способен учесть любые напряжения, в том числе ниже статического пределатекучести.Откидыватьэтучастьисториинагруженияпредставляетсянеобоснованным, поскольку существенное изменение плотности дислокацийфиксируется уже при напряжениях меньших статического предела текучести.Критерий инкубационного времени можно отнести к классу моделей с«затуханиемпамяти».Этосоответствуетрассмотрениюпластическойдеформации, как релаксационного процесса.

При этом стоит отметить, чторелаксационный процесс в данном случае определяется накоплением и развитиемдефектов структуры.Наличие физической точки текучести облегчает задачу регистрациимакроскопической пластичности. Однако большинство используемых на практикеметаллов не обладают такой точкой. В этом случае, как уже было сказано ранее,за основу берется величина необратимой деформации. Пределом текучести  Y28обозначают принятую в инженерной практике величину, называемую условнымпределом текучести, т.е.

величину напряжения, соответствующую необратимойдеформации в 0.2% . При этом смысл инкубационного времени можно определитьв форме максимально возможной задержки текучести в испытаниях с постояннойнагрузкой (то есть характерное время релаксации).В рамках настоящей работы анализируются результаты экспериментальныхисследований.

Нагрузки, как правило, стараются реализовать в виде одноосногонагружение с известным законом изменения напряжения во времени. В главе IIприведено краткое рассмотрение экспериментальных общепризнанных методовэкспериментальныхдинамическомисследованийдиапазонепрочностныхпараметровсвойствнагружения.Онаматериалавсоответствуютнагружению образца с постоянной скоростью деформации. Закон изменениянапряжения во времени при этом можно определить в виде  (t )  E tH (t ) , гдеE–модуль Юнга, H (t ) – функция Хевисайда,  – скорость деформации.Момент перехода в пластическое состояние соответствует наименьшемузначению t * , при котором условие (1.9) нарушается.

Напряжение, при которомматериал переходит в пластическое состояние, определяется по формуле *   (t * ) .(1.10)Получаем уравнение, при решении которого целесообразно рассматриватьдва случая. Таким образом, мы избавляем себя от трудности объяснения что такое«быстрое» и «медленное» нагружение.Для «быстрого» мы получаем:*   y  (1   ) E yy111 (1   ) if E yy.(1.11)Для «медленного» находим  * из уравнения:1*  y 1*    E yyy1 E y(1   )  0 if E y (1   )yy(1.12).29В случае   1 решение может быть найдено в явной форме2 Y   / Y ,   Y Y 1   / Y    Y*  где ̇(1.13),.Также можно определить время до наступления текучести t * .

В этом случаезависимость t* () от скорости деформации получается в явном виде τy   y /  ,    yt*   τ y  1   y /      y2 .(1.14)Стоит отметить, что кроме большого количества разнообразных критериевтекучести наблюдается значительный разброс между результатами, полученнымиразличными экспериментаторами [62]. В первую очередь это вызвано возможнойнесопоставимостью условий экспериментов, а с другой стороны тем, чтодинамические характеристики материала проявляют большую чувствительность крежиму нагружения, чем статические. Это отчасти связано с отсутствиемкритерия разрушения и модели материала, способных работать в широкомдиапазоне изменения параметров нагружения.1.3. Критерий хрупкого разрушенияС середины прошлого века и до наших дней уделяется огромное значениеизучению процессов хрупкого разрушения при динамических нагрузках.

Этосвязано как с развитием техники, так и с необходимостью развития техническогопрогресса. Наука о динамических разрушений, как научное направление,сформировалось относительно недавно. Значительный вклад внесли А.М.Брагов,Н.А. Златин, Е.М. Морозов, Н.Ф.

Морозов, В.С. Никифоровский, В.З. Партон,30Ю.В. Петров,А.А. Уткин,Г.П.Черепанов,J.W. Dally,A.S. Kobayashi,J.F. Kalthoff, W.G. Knauss, K. Ravi-Chandar, D.A. Shockey и многие другие ученые.В научной литературе существуют различные трактовки хрупкогоразрушения. Самое простое из них – после разрушения части можно соединить вединое целое. При этом практически отсутствует пластическая деформация. Этоопределение поможет нам в выборе тех или иных моделей деформирования, а темсамым и в выборе критерия. Примерами хрупких материалов могут служитьбетон, горные породы, закаленные стали и много других материалов вопределенных условиях эксплуатации.

То есть уже на данном этапе можноохарактеризовать хрупкое разрушение, как процесс свойственный материалам вопределенных условиях эксплуатации. Это не есть свойство материала.На атомном уровне хрупкое разрушение связывается с разрывомхимических связей, в то время как вязкое – со смещением атомных слоев поплоскостям скольжения [71]. Материалы с аморфной структурой (керамики,стекла),которыехарактеризуютсяслучайнымрасположениематомов,демонстрируют хрупкое разрушение. Твердые тела с кристаллической структуройможно охарактеризовать отчетливо выраженной анизотропией и наличиемплоскостей скольжения. Во многих случаях движение дислокаций оказываетсяэнергетически более выгодным, чем разрыв связей по механизму хрупкого скола.Пластическая деформация снимает локальную концентрацию напряжений и этоспособствует торможению роста трещины, а тем самым и более легкомуинициированию пластических деформаций.

Несмотря на это, хрупкое разрушениезанимает особое место в механике разрушения. Это связано с тем, что в отличиеот вязкого, хрупкое разрушение является более опасным. Оно обычно происходиткатастрофически быстро и может вызываться относительно небольшиминагрузками. В связи с этим изучение критериев хрупкого разрушения является внастоящее время актуальной задачей.

Причиной затянувшегося на полстолетияразвития науки в данной области можно назвать большое количество процессов,сопровождающих разрушение. Ученым и до сих пор не удается соединить в31единое целое результаты испытаний материалов в различных условиях (силовое,тепловое и другие воздействия) нагружения. Улучшение возможности описанияодних процессов, приводит к ухудшению в других областях. В качестве примерможно привести расчеты напряженно-деформированного состояния плотин. Вэтойобластивыделяетсятриосновныхвидавоздействия:силовойитемпературное, а также сейсмические нагрузки. Для решения данных задачсуществует как правило не менее двух моделей системы с кардинальноотличающимися физико-механическими свойствами материалов.Рассмотрим для решения общей задачи по определению момента хрупкогоразрушения критерий инкубационного времени по приведенной выше форме(1.4):1t c t c ( s)ds  1,c(1.15)где t – время,  (t ) – приложенное напряжение,  c – статический пределпрочности,  c – инкубационное время разрушения.Закон изменения напряжения во времени в виде  (t )  E tH (t ) , гдеE–модуль Юнга, H (t ) – функция Хевисайда,  – скорость деформации.

Это самыйпростой случай линейно возрастающей нагрузки во времени, но при этомописываемый большую часть проводимых экспериментов высокоскоростногонагружения.Момент разрушения соответствует наименьшему значению t * , при которомусловие (1.15) нарушается. Напряжение, при котором материал разрушается,определяется по формуле *   (t * ) .(1.16)Получаем уравнение, делящееся на два случая: «быстрое» и «медленное»нагружение.32Для «быстрого» мы получаем:[̇̇](1.17)Для «медленного» находим  * из уравнения:̇̇(1.18)Применение критерия (1.15) позволяет достаточно просто и с хорошейточностью описывать результаты экспериментов по хрупкому разрушению вшироком диапазоне параметров внешнего воздействия.33Обобщение результатов главыВ данной главе рассматривается история развития критериев разрушения отстатического деформирования до высокоскоростных разрушений для двухосновных моделей разрушения: хрупкое и вязкое.Был выбран подходящий, исходя из опыта анализа экспериментальныхрезультатов, в рассматриваемых условиях нагружения критерий инкубационноговремени, способный к качественному описанию процессов, происходящих как встатических условиях, так и динамических нагрузок.

Немаловажным фактом привыборе модели являлось возможность описания промежуточных режимовдеформирования.На примере хрупкого разрушения с помощью критерия инкубационноговременибылиопределенывобщемслучаезависимостипрочностныххарактеристик материала. Для условий пластического деформирования выписаныопределяющие соотношения для решения численными методами.Опираясь на полученные зависимости можно сделать вывод, что посколькулюбой материал имеет свое характерное время релаксации, вызваннойнакоплением дефектов, то более целесообразно в качестве динамическойпрочности принять параметр .

Стоит отметить, что данный параметр отвечает задлительность релаксационных процессов, но не равен полному временирелаксации. Оно может быть как больше, так и меньше инкубационного времениматериала. В главах 2 и 3 будет показано, что чем больше инкубационное времяматериала, тем больше «динамическая прочность» материала.В главе 2 будет рассмотрено применение предложенных моделейопределения прочностныхпараметровскоростейхарактеристик материала в широком диапазонедеформацииавтоматизированных расчетных средств.итемпературысиспользованием34ГЛАВА 2.

ПРИМЕНЕНИЕ КРИТЕРИЯ ИНКУБАЦИОННОГОВРЕМЕНИ К ОПИСАНИЮ МАКРОСКОПИЧЕСКОЙ ТЕКУЧЕСТИ ИХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ2.1. Схема получения прочностных характеристик материала в широкомдиапазоне параметров внешнего воздействияВ данной части работы произведен анализ экспериментальных данных поразрушению образцов под нагрузкой, действующей с различными скоростямидеформации. Рассматриваются общепринятые экспериментальные схемы.Метод Кольского с использованием разрезного стержня Гопкинсона былодним из первых применен Кристенсеном и др.

[72] для изучения динамическихсвойств горных пород. В работе Гольдсмита и Сэкмана [73] также приводятсяпримеры использования разрезного стержня Гопкинсона (РСГ) и ее модификации.Это современное экспериментальное оборудование для изучения поведенияматериала при высоких скоростях деформирования. Конструкция проста, однакопозволяет получать результаты с достаточной точностью в широких диапазонахпараметров внешнего воздействия.

Схема установки приведена на рисунке 2.1.Обычный разрезной стержень Гопкинсона состоит из двух длинных стержней(входного и выходного), между которыми располагается образец. При удареснаряд передает импульс во входной стержень. Часть его проходит в образец, ачасть отражается из-за разницы в площадях сечений и в механических свойствахстержней и образца.

Характеристики

Список файлов диссертации