Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
97
Для выявления влияния прочности и скорости деформации при одноосном деформировании было использовано несколько подходов. Одним из аспектов взаимодействия волн, который особенно чувствителен к влиянию предела текучести, является затухание ударной волны под действием разгрузочных напряжений, следующих за ней. Влияние предела текучести в данной ситуации при умеренной разгрузке за ударной волной изучалось Ли и Лиу [74]. Упругопластическое решение сравнивалось с гидродинамическим и жесткопластическим решениями. Характеристики затухания в гидродинамическом решении, не учитывающем влияния предела текучести, ощутимо отличались от характеристик затухания в упругопластическом решении, в то время как жестко-пластическое решение оказалось плохим приближением из-за заметного влияния упругого восстановления при сдвиге на характеристики разгрузки.
Другой аспект распространения волн одноосной деформации, который весьма информативен в отношении влияния скорости деформации, связан с наблюдением амплитуды упругого предвестника при низких уровнях напряжений, когда существуют фронты как упругой, так и пластической ударных волн (рис. 2.32). Амплитуда упругого предвестника непосредственно связана с динамическим пределом текучести материала, обычно известным как предел упругости Гюгонио. Если этот предел уменьшается по мере распространения волны по материалу, т.е. с увеличением пройденного расстояния уменьшается амплитуда упругого предвестника Oe на рис. 2.32, то это означает некоторую форму релаксации напряжения или влияния скорости деформации. В экспериментах для множества поликристаллических материалов наблюдалось уменьшение пиковой амплитуды упругого предвестника с увеличением пройденного пути. Это явление и его связь с динамикой дислокаций рассматривались в работах [30, 59]. В работе [43] показано, как затухание упругого предвестника соотнесено с механизмом релаксации материала. Уравнения, использованные в этой работе, формально эквивалентны уравнениям Малверна [81] для случая одноосных напряжений. Различаются они только физическими константами. Релаксация волн напряжений изучалась также в работе [108] с точки зрения динамики дислокаций.
Тем не менее, когда пытаются выявить влияние скорости деформации, не всегда возможна непосредственная интерпретация экспериментальных данных. Влияние скорости деформации может привести к тому, что часть пластической волны будет распространяться почти со скоростью упругой волны, затрудняя правильное определение предела упругости при изучении затухания предвестника. Дополнительные трудности в интерпретации экспериментальных данных связаны с плавностью кривой зависимости напряжения от деформации, поскольку переход из области упругости в область пластичности у реальных материалов происходит постепенно. Наконец, высокие скорости пластической деформации наблюдаются только в окрестности поверхности удара, особенно для ЗС-материалов, и могут очень быстро затухать при 98
Г лава 2
распространении волны на малые расстояния. Действительные условия на поверхности удара, во многом зависящие от плоско параллельности удара, играют важную роль в определении поведения материала и могут затенить влияние скорости деформации [23]. Хотя изучение затухания упругого предвестника является полезным методом определения влияния скорости деформации на поведение металлов, в случае слабого влияния получение имеющих смысл экспериментальных данных может быть связано с известными трудностями из-за малости требуемых толщин образца.
В случае разделения в эксперименте по соударению пластин фронта ударной волны на упругую и пластическую компоненты, когда фронт упругой волны имеет более высокую скорость, информация о влиянии скорости деформации может быть также получена при изучении фронта пластической волны, после того как она, пройдя короткое расстояние, разовьется в устойчиво распространяющуюся волну. В работе [57] изучались профили устойчивых пластических волн в алюминии 6061-Т6. Эти профили были получены в результате взаимоисключающих влияний нелинейности поведения материала, следствием которого является образование ударной волны и зависимости от скорости деформации свойств материала, способствующих размазыванию фронта пластической волны. Этот метод предоставляет нам еще один подход к изучению чувствительности металлов к скорости деформации. Для полного понимания явления распространения волны одноосной деформации, а также выяснения роли скорости деформации в поведении материала требуется привлечение самых различных экспериментальных методов.
2.3. ВОЛНЫ НАПРЯЖЕНИЙ В ДРУГИХ ТЕЛАХ
2.3.1. ВОЛНЫ В СТРУНАХ И ПРОВОЛОКАХ
Проблемы, связанные с боковой инерцией и трехмерными эффектами в продольных волнах в стержнях, можно частично преодолеть, если использовать проволоки малого диаметра, в которых влияние этих эффектов ослаблено. Однако предельно высоких скоростей деформации при этом достичь не удается, поскольку возрастание скорости удара приводит к мгновенному разрушению от удара при растяжении или выпучиванию при сжатии. Поэтому нет особого выигрыша по сравнению с экспериментами с брусьями и стержнями. Другой подход состоит в том, чтобы нанести по проволоке поперечный удар и наблюдать распространение поперечных волн. Подробное обсуждение механики волн в растяжимых струнах дано в работе [35]. Впервые задача о растяжимой струне, по которой наносится поперечный удар с постоянной скоростью, была решена Рахматулиным [96]. В этом исследовании предполагалось, что поведение материала не зависит от скорости деформации или по крайней мере может быть описано единой зависимостью между напряжением и деформацией.
