Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
Г лава 2
Рис. 5.9. Лагранжева х — r-диаграмма для испытаний на растяжение с применением стержня Гопкинсона [108].
Другая модификация стержня Гопкинсона для испытаний на растяжение с образцом на резьбе и оригинальным устройством с разрезным кольцом была предложена Николасом [108]. Устройство в основном состоит из стержня-бойка и двух стержней Гопкинсона (рис. 5.9). Лагранжева X — r-диаграмма на рис. 5.9 дает картину распространения волн в стержнях. Стержень-боек разгоняется относительно стержня І, при ударе возникает импульс сжатия, амплитуда которого зависит от скорости бойка, а длительность равна двойному времени прохождения упругой волны по стержню-бойку. Импульс распространяется по стержню и достигает образца. Образец имеет резьбовое соединение с обоими стержнями и окружен разрезным кольцом (воротничком). Импульс сжатия проходит через сложное поперечное сечение образца и кольца без искажений, практически минуя образец, и затем распространяется по стержню 2, достигая его свободного конца (рис. 5.9). Здесь он отражается и в виде импульса растяжения є, проходит датчик 2. Импульс растяжения, приблизившись к образцу в точке А, частично проходит через образец (импульс єг), а частично отражается назад в стержень 2 (импульс єг). Кольцо, которое полностью пропустило через себя импульс сжатия, не может испытать растяжения, так как не скреплено со стержнями.
С момента отражения импульса растяжения от свободного конца стержня 2 и распространения его в обратном направлении по стержню схема эксперимента та же, что и при испытаниях на сжатие с разрезным стержнем Гопкинсона, за исключением смены знака нагрузки и применения резьбового соединения для образца. В работе [109] приведены данные для различных материалов, полученные при скоростях деформа- Поведение материалов при высоких скоростях деформации 215
10 15 20 25 Деформация , %
Рис. 5.10. Диаграмма а - є при растяжении нержавеющей стали AISI 304.
цин до IO3 с" l. На рис. 5.10 показаны типичные кривые а-е для нержавеющей стали AISI 304. Для облегчения сравнения данные при меньших скоростях деформации были получены на гидравлическом испытательном прессе с сервоконтролем для той же геометрии образца, что и в экспериментах со стержнем Гопкинсона. В этой работе была получена также зависимость а-є при высоких скоростях деформации для некоторых конструкционных алюминиевых сплавов, на свойства которых, как принято считать, слабо влияет скорость деформации. Эти данные представлены на рис. 5.11 вместе с результатами ранних исследований растяжения алюминия 6061-Т6. Интересно отметить, что в работах [93, 69] замечена некоторая зависимость свойств чистого алюминия от скорости деформации, в то время как для более прочных алюминиевых сплавов не обнаружено такой зависимости в пределах скорости деформации IO"4-IO3 с"1. Большинство данных, однако, относится к испы-
/01 ю ю2
Скорость деформации t с'1
Рис. 5.11. Данные по растяжению алюминия 6061-Т6 [69].
Л предел текучести; О предельное напряжение, ? данные настоящей работы (є = 0,04). 216
Г лава 2
таниям на сжатие. Сравнение с данными, полученными в испытаниях на растяжение, дано Николасом [108], а также в разд. 5.4.1.
Присущие методу разрезного стержня Гопкинсона ограничения, такие, как отражения волн напряжений, неоднородность напряжений и большие вариации скорости деформации в начальной стадии испытания, не позволяют применять его в упругой области. Такие эксперименты могут иметь ценность лишь при условии достижения некоторой степени однородности напряжений и скоростей деформации. На рис. 5.12 представлены типичные результаты испытаний на растяжение с использованием разрезного стержня Гопкинсона образцов из сплава Ti — 6А1 — 4V. В этом эксперименте скорость деформации быстро изменяется в течение приблизительно 25 мкс. За это время полная деформация возрастает до величины более 1%.
Из графика нагрузки или напряжения в зависимости от деформации, полученного интегрированием отраженного импульса деформации, видно, что кажущийся модуль упругости значительно меньше известной величины для титана. Этим только подтверждается, что испытания с применением стержня Гопкинсона могут быть пригодны для получения данных о напряженном состоянии материала лишь вне упругой области или в области, где хорошо выполняются основные предположения теории стержня Гопкинсона.
Кривые на рис. 5.12 показывают типичные изменения скорости деформации в течение эксперимента. Пунктирная линия представляет оцениваемую среднюю скорость деформации в этом эксперименте. Видно, что в испытаниях такого типа скорости деформации непостоянны. Они определяются главным образом динамикой взаимодействия. При сжимающих нагрузках, особенно в случае высокопрочных материалов, де-
Рис. 5.12. Типичные кривые, полученные в испытаниях на растяжение образца из сплава Ti—6А1—4V с применением стержня Гопкинсона. Поведение материалов при высоких скоростях деформации 217
формационное упрочнение и увеличение площади поперечного сечения при больших деформациях ведут к значительному снижению скорости деформации в ходе испытания. В некоторых случаях, когда амплитуда падающего импульса не обеспечивает достаточного усилия для дальнейшего деформирования образца, скорость деформации может снизиться до нуля.
