Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
5.3.3. ДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА СДВИГ
Кроме метода разрезного стержня Гопкинсона в испытаниях на кручение разработаны методы испытаний на чистый сдвиг при высоких скоростях деформирования. Хаузер [57] предложил метод динамического пробивания с использованием стержня Гопкинсона, оснащенного трубой в качестве матрицы и стержнем в качестве пуансона (рис. 5.8). В дальнейшем этот метод был развит Доулингом и др. [34], которые при сдвиговом деформировании плоских образцов достигали скоростей деформации до Поведение материалов при высоких скоростях деформации 235
IO4 с" 1. Экспериментальная установка детально описана в работе [33]. Эффективная длина рабочей части образца определяется зазором между матрицей и пуансоном, что приводит на практике к большому разбросу результатов. Более обнадеживающие результаты можно ожидать от предложенной в работе [16] аналогичной схемы испытания на сдвиг с использованием образца, имеющего двойной надрез. При помощи вертикального копра получены скорости деформации мягкой стали до 4- IO4 с - 1. При той же схеме эксперимента с использованием модифицированного образца с двойным надрезом [54] полученные результаты лучше согласуются с результатами экспериментов на высокоскоростное растяжение тех же материалов. И, хотя в этом типе испытаний еще недостаточны однородность и величина деформации сдвига, использование чистого сдвига вместе с возможностью добиться относительно высокой скорости деформации делают его одним из самых перспективных в исследованиях динамической пластичности.
5.3.4. ИСПЫТАНИЯ НА КОПРЕ
Для испытаний со средними величинами скоростей деформации, особенно в области больших пластических деформаций, некоторые исследователи использовали копры. Для таких экспериментов характерно динамическое деформирование в контролируемых условиях, хотя их результаты не всегда приводятся в литературе по динамической пластичности. Динамическое сжатие образца с помощью копра происходит при скорости деформации IO2 с " 1 и выше. Устройство и работа копра заключаются в следующем. Баба копра поднимается мотором на заданную высоту и сбрасывается. Она скользит по тщательно обработанным и отрегулированным направляющим, обеспечивающим соосность удара по образцу. Как правило, запасенная энергия бабы превышает энергию деформирования образца, что позволяет получить постоянную скорость деформации. Если энергии недостаточно или требуются очень большие деформации, постоянной скорости деформации обеспечить не удается. При почти постоянной скорости деформации легко определить саму деформацию. Измерения же силы требуют тщательного учета рассмотрения процесса распространения волн, особенно если предпринимаются попытки достичь высокой скорости деформации. В работе [136] предложен метод измерения импульсного усилия с помощью кольцевого пьезоэлектрического динамометра, работающего в диапазоне скорости до IO4 с" 1. При столь высоких скоростях был явно заметен динамический «звон» динамометра. Мощный копер был использован в работе [84] для догрузочных испытаний при высокой скорости деформации, включающих ряд последовательных нагружений. Сделана попытка избежать таким способом быстрого повышения температуры или непостоянства скорости деформации при больших значениях деформации и ее скорости. В таких догрузочных опытах была достигнута скорость деформации выше 1000 с" 1. Однако диаграммы деформирования, полученные в однократных испытаниях, ниже догрузочных, что объясняется как существенным повышением темпе- 236
Г лава 2
ратуры при больших деформациях, так и снижением скорости деформации в ходе опыта. Интересно отметить, что предыстория процесса не учитывалась, хотя она может влиять на результаты.
Сложный экспериментальный метод с применением копра описан в работе [64], где для измерений изменяющегося во времени усилия была использована короткая пьезоэлектрическая ячейка, а для записи истории деформации-волоконно-оптический датчик перемещений. Полученные значения силы в зависимости от времени обрабатывались с помощью вычислительной машины, что позволяло получить значения измеренной силы с поправкой на динамические характеристики ячейки. Действительное значение усилия получалось с помощью быстрого преобразования Фурье сигнала с пьезоэлектрической ячейки. Сигнал затем корректировался по частотному спектру, для чего производилось комплексное деление спектра сигнала на известную частотную характеристику датчика. Последующее обратное преобразование давало исправленный сигнал истинного усилия. С помощью этого метода в работе были получены данные для стали двух марок при скоростях до IO3 с ~ 1 [66]. Результаты показали, что на измеренные значения напряжения в области пластического течения влияла геометрия образца, причем напряжение возрастало по мере уменьшения отношения начальной высоты к диаметру. Хотя в этом можно было бы усмотреть вклад радиальной инерции, но измерения выполнялись и при высокой, и при низкой скоростях деформации. При интерпретации этих экспериментальных результатов следовало бы учитывать трение в торцах, о чем уже говорилось в связи с анализом метода разрезного стержня Гопкинсона. Здесь важно отметить сходство между методами испытаний на копре и на стержне Гопкинсона с непосредственным ударом. В обоих случаях при переходе к высоким скоростям деформации в равной степени необходимо учитывать ограничения и предположения, лежащие в основе метода разрезного стержня Гопкинсона.
