Диссертация (1149331), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Это приводит кнеобходимости проведения не только экспериментальных исследований, но и квнедрению расчетных схем, учитывающих все особенности таких материалов.Подход,основанныйнакритерииинкубационноговремениипродемонстрированный в данной работе позволяет проводить прочностныерасчеты с относительно небольшими трудозатратами, что наиболее актуально дляприменения его инженерами.Таблица 2.1. Параметры динамической текучести по данным экспериментовМатериалИсточникПараметры критерия (1.9)эксперим.EyПа*сМПаданныхСплав Al - Zn - Mg[80]1023458Сплав AMg6[80]31610-21602Сплав D16[80]15810-41402Сталь 20[81]39810-72802Тантал[82]1032608Армко-железо[83]710-42506Сталь 45[83]310-4400552Обобщение результатов главыВ настоящей главе представлена схема определения параметров материала cиспользованием модели инкубационного времени по экспериментальной схемеметодаКольского.Условияиспытанийсравномернымраспределениемнапряжений по образцу позволяют сделать предположение о том, что моментразрушения происходит на стадии увеличения нагрузки.
Это дает право заменитьвнешнее воздействие линейно возрастающей со временем нагрузкой, что в своюочередьприводиткпростымсоотношениямдлярасчетапрочностныххарактеристик материала.Данная схема расчета автоматизирована на основе метода наименьшихквадратов. В настоящее время получение прочностных свойств материала вшироком диапазоне параметров внешнего воздействия вышло за рамкиэкспертного анализа и может быть включено в повседневную практику научноисследовательских и экспериментальных лабораторий или же инженеров,имеющихделособъектами,работающимивэкстремальныхусловияхэксплуатации. Полученные по описанной схеме параметры материала на основеданных экспериментов не нуждаются в дальнейшем определении и могут бытьиспользованы в расчетах методами конечных элементов или же с применениемдругих численных схем с учетом критериев вида 1.9 и 1.15.
Динамическая криваяпрочности в данном случае является не параметром материала, а определяемойхарактеристикой в зависимости от условий нагружения.Анализ испытаний на динамическое сжатие и динамическое раскалываниепроводился на основе экспериментальных данных, опубликованных в научнойлитературе и полученных в ходе тесного сотрудничества с сотрудниками НИИМеханики ННГУ. Продемонстрировано хорошее соответствие расчетных кривых иэкспериментальных данных, что является неотъемлемой частью верификациииспользуемых моделей.В некоторых примерах наблюдается отклонение расчетных кривых отэкспериментальных точек.
Это связано с наличием довольно существенных53погрешностей в экспериментальных методах и с сильной идеализацией процессанагружения (в виде линейно возрастающей со временем нагрузки). Однако дажепри всем этом можно отметить не только качественное, но и количественноесоответствие результатов. Для более сложного процесса нагружения и всегоразнообразия экспериментальных образцов может быть применена модель,основанная на конечно-элементных расчетах с интегрированными в своюструктурукритериямиинкубационноговремени.Полученныепараметрыматериала остаются неизменными и могут быть использованы в дальнейшихрасчетах.Анализируя результаты, можно сделать вывод, что прочностная криваяявляется расчетной характеристикой, а не константой материала. В связи с этимпредлагается рассматривать критическое напряжение как функцию, зависящую отмногих параметров.
Параметрами же материала при этом считать статическуюпрочность, модуль Юнга, инкубационное время и параметр, отвечающий зачувствительность материала к уровню нагрузки. Все остальные характеристикидолжны быть определяемы в зависимости от условий эксплуатации.Введение параметраматериала, отвечающего за время релаксации,вызванной накоплением и развитием дефектов структуры, позволяет определитьскоростную зависимость прочности (критических напряжений) на любомдиапазонескоростейдеформациибезпроведениябольшогоколичестваэкспериментов.
Для этого лишь необходимо определить параметры материала вквазистатическом режиме нагружения и сделать контрольные замеры вдинамическом режиме.Наличие инкубационного времени позволяет анализировать прочностныесвойства материалов не только в квазистатических режимах, но и в динамических.Становится понятно, что неправомерно наряду со статической прочностью поаналогии вводить и «динамическую».
Любой материал имеет свое характерноевремя разрушения. Это подтверждают приведенные в данной главе анализыэкспериментальных данных. В используемом подходе предлагается понимать54динамическую прочность в терминах инкубационного времени. Посколькубольшемуинкубационномувременисоответствуетбольшеевремяподготовительных процессов, связанных с релаксацией, вызванной развитиемдефектной структуры, то и прочность при импульсных нагрузках будет больше утаких материалов.
Попросту говоря, процесс разрушения является интегральнымпроцессом, для завершения которого требуется некоторое характерное время.Полученные результаты являются подтверждением применимости подходаинкубационноговременик анализу динамической прочностиматериала.Использование же автоматизированных методов обработки экспериментальныхданных позволяет получать параметры материала, минимизируя при этомвозможные ошибки в численной оценке прочностных свойств.55ГЛАВА 3. ОПИСАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПОЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМ И РАСЧЕТНЫМ ДАННЫМ В ШИРОКОМДИАПАЗОНЕ ПАРАМЕТРОВ ВНЕШНЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯВ главе II были показаны эффекты нелинейного возрастания прочностныххарактеристик материала при увеличении скорости деформации, как при сжатии,так и при растяжении.
Это было продемонстрировано на разных моделяхразрушения: хрупком и с наличием пластической деформации.В данной главе анализируется возможность совместного учета температурыискоростидеформирования, атакжевлияниевлагонасыщенностинапрочностные свойства материала.3.1. Хрупко - вязкий переходПринято считать, что повышение температуры ведет к понижению пределатекучести.
Основой для данной гипотезы служит главным образом то, что припонижении температуры, или при повышении скорости деформации происходитповышение предела текучести. Экспериментальное изучение задержки текучестиоднозначно свидетельствуют о том, что период задержки резко возрастает спонижением температуры [63], [84].
Первоначально теоретические исследованиябыли проведены для полимеров [85-87]. Развитие высказанных идей даловозможность детально изучить понятие длительной прочности. То есть изучитьизменение прочностных свойств материала на много лет вперед. Практическиреализовать поставленную задачу получилось только при изменении временнойшкалы различными вариациями температуры.
Это связано с тем, что приповышении температуры процессы протекают быстрее и тем самым и ускоряютэксперимент.Впоследниегодыпоявилисьэкспериментальныеданные,свидетельствующие о том, что при ударно-волновом нагружении нагрев может56привести к повышению предела текучести [88], т.е. сделать возможнымразрушениепохрупкомусценариюбезсущественныхпластическихдеформаций. Другими словами, при динамическом нагружении нагрев можетпривести к охрупчиванию материала, что противоречит общепринятымпредставлениям о том, что повышение температуры улучшает пластическиесвойства материала.
Именно этот факт поставил вопросы о важностиопределения условий хрупко-вязкого перехода. Кардинальное изменениепрочностных свойств материала может приводить к катастрофическимпоследствиям.Под хрупко–вязким переходом мы будем понимать феномен [89] резкогоизменения целого комплекса свойств материала (характеристик прочности ипластичности, трещиностойкости и др.), сопровождаемого большим изменениемповерхности разрушения, которое наблюдается в узком диапазоне измененияпараметров нагружения.
То есть резкое изменение прочностных свойствматериала.При этом подразумевается,что разделение материалов на хрупкие ипластичные является условным, поскольку одни и те же материалы в различныхусловиях нагружения способны демонстрировать разный характер разрушения(ориентация поверхности разрушения [44], размер пластической зоны [45],предельные деформации, микромеханизмы разрушения и т.д.). Факторы,влияющие на тип разрушения, можно разделить на внутренние и внешние.К первым относятся химический состав (для сталей – содержание углерода,добавок и примесей) и структура (размер зерна, тип кристаллической решетки).Из внешних факторов наиболее важными являются скорость и длительностьприложения внешней нагрузки, а также температура окружающей среды.Важнымифакторамиявляютсятакжеособенностинапряженно-деформированного состояния и размеры конструкции, но данный вопрос внастоящей работе не затронут.
При этом особую опасность представляетсочетание низких температур и динамического нагружения [90], [91]. Известны,57например, аварии судов при шторме в арктических морях, разрушениягазопроводов зимой и т.д. Неблагоприятными могут оказаться вибрационные илиударные нагрузки, особенно, при крайне низких температурах. Эти факторыдолжны учитываться при планировании исследований в полярных областяхЗемли, строительстве самолетов и космических аппаратов.Основываясь на общепринятом представлении о хрупко–вязком переходе,как о результате конкуренции двух механизмов разрушения, предлагаетсясовместное использование критериев текучести и хрупкого разрушения, наосновании которых можно сделать вывод о том, какое событие наступит раньше –макроскопическая текучесть или хрупкое разрушение. Впервые наиболее четкоэта идея была сформулирована в работе [92] (знаменитая «схема Иоффе»), хотяпримерно в те же годы аналогичная точка зрения высказывалась Давиденковым[93].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
