Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
5.2.4. ДРУГИЕ ВАРИАНТЫ СТЕРЖНЯ ГОПКИНСОНА
В последние годы наблюдалось стремление повысить скорости деформации в испытаниях со стержнем Гопкинсона. В пределах ограничений теории и физических ограничений прибора самый прямой путь достижения этой цели-уменьшение размера образцов. Эдингтон [38] был одним из первых, кто смог достичь скорости деформации IO4C-1 на образцах длиной 2 мм и диаметром 12,5 мм, изготовленных с использованием прецизионной механической обработки. Линдхольм [92] достиг скоростей до IO5 с" 1 на образцах из меди и алюминия 1100-0 длиной до 4 мм при тщательно выдержанном отношении длины к диаметру, что позволило избежать дополнительных трудностей, связанных с влиянием на результаты геометрии образца. Существуют, однако, практические пределы уменьшения размеров образца. Приходится также принимать во внимание такие факторы, как радиальная инерция и сдвиг. Эти трудности привели к поискам других методов деформирования материалов с высокими скоростями, например по схеме опыта на кручение или на сдвиг.
Разновидность разрезного стержня Гопкинсона для высокоскоростного деформирования кручением или сдвигом была впервые описана Даффи и др. [37]. Главное преимущество волны сдвига - отсутствие дисперсии и эффектов трехмерной или радиальной инерции. Основные трудности метода-обеспечение надежности соединения образца с передающим и опорным стержнями и возбуждение интенсивного, с малым временем нарастания крутящего импульса, не имеющего аксиальных искажений. Тонкостенные образцы трубчатой формы обычно склеивают со стержнями эпоксидными клеями. Крутильная волна генерируется или одновременным подрывом BB в диаметрально противоположных точках сечения стержня, или внезапным освобождением предварительно закрученного стержня. Для повышения скорости деформации можно увеличить входной крутильный импульс или уменьшить длину образца. В некоторых исследованиях на образцах с рабочей частью около 1 мм были достигнуты скорости деформации выше IO4C"1. В работе [110] показано, что такие же скорости деформации можно получить на образцах с более длинной рабочей частью. Крутильный вариант стержня Гопкинсона был впервые применен Бейкером и Ю. [5]. Другие варианты крутильной установки описаны в работах [17, 86]. Установки такого типа нашли широкое применение в экспериментах со ступенчатым ростом скорости деформации (разд. 5.3.7). Крутильный метод 218
Г лава 2
имеет большие потенциальные преимущества, в числе которых - отсутствие гидростатических компонентов напряжения.
Разрезной стержень Гопкинсона был усовершенствован с целью получения условий, близких к одноосному деформированному состоянию ?9]. Для ограничения радиального движения образцы большого диаметра заключали в плотно подогнанный жесткий «воротничок». Однако, поскольку «воротничок» был изготовлен из упругого материала и прилегание его к образцу не могло быть полным, трудно было достичь чисто одноосного деформирования (без боковых перемещений). Более того, ограничивающим фактором становится и предел текучести самих стержней Гопкинсона, поскольку динамический предел текучести при одноосной деформации выше, чем при одноосном напряжении, так что образец в одноосном деформированном состоянии может быть прочней стержней Гопкинсона, используемых в экспериментах, в которых образец номинально находится в одноосном напряженном состоянии.
В других модификациях разрезного стержня Гопкинсона применяется одновременное наложение на образец динамического сжатия и статического радиального давления. В работе [18] сжимающее давление доведено до 0,7 ГПа. Линдхольм и др. [91] применили такой вариант стержня для изучения влияния гидростатического давления на динамическую прочность материалов. Риппергер [118] в подобных экспериментах установил, что гидростатическое давление заметно влияет на чувствительность к скорости деформации алюминия, меди и железа высокой чистоты.
В работе [124] предложен метод получения данных при высоких скоростях деформации в условиях крутильного нагружения и высокого гидростатического давления с помощью «крутильной бомбы». Для механического удара использовался массивный маховик с устройством сцепления, раскручиваемый до высоких скоростей. Влияние волн напряжений в этом устройстве не рассматривалось. В образцах с очень короткой рабочей частью (^ 1,6 мм) достигалась скорость деформации 103 с " 1 при внешнем давлении до . 1,7 ГПа. Испытуемый материал — сталь различных марок, от мягкой до высокопрочной. В мягких материалах с кубической гранецентрированной решеткой, таких, как алюминий и медь, обнаружено, что давление приводит к повышению деформации разрушения, причем сильное увеличение скорости деформации не снижало этого эффекта.
Концепция метода стержня Гопкинсона, согласно которой по наблюдениям на одном конце или в точке между концами стержня можно судить о характере процесса на другом, была применена при попытке получить чрезвычайно высокие скорости деформации и деформации сжатия. Саманта [120] использовал такой вариант стержня Гопкинсона, когда прямо в образец выстреливался снаряд, т.е. передающий стержень не применялся. Такой способ позволил достичь высоких деформаций сжатия в алюминии и меди. Нагрузка определялась обычным образом по показаниям тензодатчиков в опорном стержне; для непосредственной регистрации деформаций применялся оптический метод. Поведение материалов при высоких скоростях деформации 219
