Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
Недостаток экспериментальных данных по динамическому двухосному нагружению и отсутствие для такого процесса апробированной модели материала обусловлены главным образом отсутствием соответствующих экспериментальных методов. Последние исследования показали, что применение тонкой пластины, заключенной между двумя жесткими упругими пластинами с высоким импедансом, может стать основой экспериментального метода получения данных при скоростях деформации порядка IO5C"1 в условиях комбинированного воздействия давления и сдвига [23]. В такой конфигурации используется принцип разрезного стержня Гопкинсона. Двухосное напряженное состояние достигается при косом ударе пластины-бойка по упругой пластине, возбуждающей комбинированную волну давления и сдвига. Анализ упругих волн вместе с измерениями скорости свободной поверхности дает достаточную информацию для определения реакции металлов на действие сдвига и высокого всестороннего давления при высокой скорости деформации. Эта методика имеет большие перспективы для изучения комбинированных напряженных состояний при высоких скоростях деформации, что до сих пор было невозможно.
5.4.3. ВЛИЯНИЕ ИСТОРИИ ПРОЦЕССА ПО СКОРОСТИ ДЕФОРМАЦИИ
Кроме эффектов, связанных со скоростью деформации и неодноос-ностью напряженного состояния, на напряжения пластического течения металлов при данных величинах деформации и скорости деформации 244
Г лава 2
Деформация сдвига jf
Рис. 5.23. Результаты экспериментов с догрузочным изменением скорости деформации для поликристаллической меди при T = 298 К. (Клепачко и др.
(1977 г.).)
может оказывать влияние и история нагружения. Некоторые исследователи изучали зависимость характеристики механического поведения материалов от истории нагружения. В последнее десятилетие получили распространение опыты со ступенчатым или, точнее, с догрузочным изменением скорости деформации. В них, как правило, кручение с малой скоростью нагружения сменяется кручением с очень высокой скоростью нагружения. В отличие от догрузочных экспериментов с пластическими волнами, в которых исследуются скорость волны и профиль напряжения в ней, в указанном виде экспериментов определяется догрузочная кривая деформирования, исходящая из точки, где было приложено динамическое напряжение. На рис. 5.23 показаны типичные результаты испытаний такого рода. Наряду с кривыми деформирования при постоянных скоростях деформации проведены догрузочные динамические кривые, начинающиеся при различных уровнях предварительной статической деформации. Для изучения влияния на свойства материалов изменения скорости деформации широко использовались эксперименты, в которых догрузочный импульс кручения создавался при быстром освобождении закрученного стержня в схеме Гопкинсона [14]. В других экспериментах динамическое кручение обеспечивалось нагружением с помощью взрыва [71]. Обзор работ по этой теме составлен Даффи [36]. В работах [73, 74] сделана попытка связать макроскопические явления, наблюдаемые в догрузочных экспериментах, с поведением дислокации.
В первой работе, содержавшей исследование истории нагружения по скорости деформации, было показано, что существует различие между напряжением при динамическом нагружении алюминия на фоне предварительной статической нагрузки и напряжением при динамическом нагружении из ненапряженного состояния [87]. Это различие было отнесено на счет влияния истории процесса по скорости деформации. Поведение материалов при высоких скоростях деформации 245
Последующие исследования [14, 46, 72, 73, 105] имели целью подтвердить существование влияния истории нагружения в различных материалах путем сравнения динамического напряжения течения, возникающего в ненапряженном материале, с напряжением течения при той же динамической скорости деформации в материале, первоначально подвергнутом нагружению со значительно меньшей скоростью.
На рис. 5.24 представлены типичные данные догрузочного эксперимента на сдвиг для чистого титана. Сплошной линией показана кривая деформирования, соответствующая деформированию с малой скоростью до величины деформации сдвига, несколько меньшей 4%, с последующим внезапно начинающимся динамическим деформированием. Пунктирными линиями для сравнения представлены кривые при деформировании с теми же, но постоянными в течение всего процесса нагружения скоростями деформации. Для этого материала характерно, что напряжения при динамической скорости • деформации, наложенной на малую скорость деформации, ниже напряжений при постоянной динамической скорости деформации при одинаковых значениях полной деформации. К наиболее полным исследованиям по изучению влияния ступенчатого изменения скорости деформации относятся работы [15, 41], в которых с помощью скручивающего разрезного стержня Гопкинсона были достигнуты динамические скорости деформации более 3000 с"1. Проводились эксперименты по нагружению меди, титана и мягкой стали, причем скачок скорости по величине достигал шести порядков относительно уровня деформации статического сдвига, который задавался в пределах до 0,06. Результаты показывают, что влияние скачка скорости деформации сказывается на всех трех материалах, но динамические напряжения могут быть больше, как в мягкой стали (рис. 5.25), или меньше, как в титане, что было уже отмечено ранее (рис. 5.24), и в меди (рис. 5.23, 5.26), чем в испытаниях с постоянной скоростью. В качестве одной из возможных причин наблюдаемого поведения рассматривался адиабатический нагрев, причем адиабатическое воз-
