Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 5.24. Результаты испытаний с изменением скорости деформации для титана 50-А. 246
Глави 5
Рис. 5.25. Кривые деформирования для мягкой стали, полученные в испытаниях с постоянной скоростью деформации и ступенчатым ее изменением [15, 41].
Начальная температура комнатная
растание температуры вычислялось в предположении, что вся работа пластического деформирования переходит в тепло. Для меди типично сохранение приблизительно постоянной разности между температурами при динамических испытаниях с постоянной скоростью и догрузочных испытаниях; для мягкой стали она снижается с ростом деформации (рис. 5.25, 5.26). Эта разница, однако, слишком мала, чтобы ею можно было объяснить различия в изменении напряжения пластического течения, что указывает на существование влияния изменения скорости деформации. В работе [121] было использовано взрывное нагружение
Рис. 5.26. Кривые деформирования для меди, полученные в испытаниях с постоянной скоростью деформации и ступенчатым ее изменением [15, 41]. Поведение материалов при высоких скоростях деформации 247
в крутильном варианте стержня Гопкинсона в догрузочных экспериментах на алюминии, меди, магнии и цинке; также наблюдалось влияние ступенчатого изменения скорости деформации, которое проявлялось в снижении динамических напряжений в догрузочных экспериментах по сравнению с напряжениями в экспериментах с высокой постоянной скоростью деформации при одинаковых значениях деформации и скорости деформации. Итоги многих исследований подведены в работе [36]. Металлы с гранецентрированной кубической решеткой-алюминий и медь, как показывают результаты, малочувствительны к скорости деформации, но для них важна история процесса. Наоборот, мягкая сталь и титан обнаруживают более высокую чувствительность к скорости деформации, но история процесса для них несущественна.
Один из наиболее интересных фактов, наблюдаемых в догрузочных испытаниях, состоит в том, что начальный участок догрузочной кривой деформирования в пределах точности эксперимента является упругим [14, 74]. Интересно сравнить это наблюдение с экспериментальными результатами по распространению импульсов напряжения в предварительно нагруженных до пластического состояния стержнях, которые рассматривались в гл. 2. Факт распространения догрузочных импульсов со скоростью упругой волны является фундаментальным в теории распространения пластических волн, учитывающей влияние скорости деформации, которая основана на предположении о невозможности мгновенного возникновения пластической деформации. Эти два факта, по-видимому, согласуются между собой и указывают на наличие зависимости от скорости деформации, хотя в теории пластических волн еще не учитывалось влияние изменения скорости деформации, которое было продемонстрировано в экспериментах со ступенчатым изменением скорости деформации. На основе измерений скорости распространения пластических волн в алюминии, меди и стали и использования теории распространения пластических волн, не учитывающей зависимости от скорости деформации, для этих материалов были построены догрузочные кривые деформирования [74]. Эти кривые очень хорошо согласуются с полученными в догрузочных испытаниях.
Из других работ, посвященных изучению влияния истории нагружения, следует отметить работу [40], в которой скорость деформации образца внезапно изменялась на противоположную в диапазоне от квазистатических ее значений до динамических, и работу [98], в которой производилось резкое снижение скорости деформации. Результаты последней работы, показывающие, что напряжение пластического течения не уменьшается немедленно вслед за снижением скорости деформации, свидетельствуют о существовании некоторого механизма запаздывания в бескислородной меди высокой электропроводности. Клепачко и Даффи [76] рассмотрели совместное влияние изменения скорости деформации и температуры и пришли к выводу, что эти параметры играют важную роль в пластическом деформировании металлов с гранецентрированной кубической решеткой, в которых также наблюдаются эффекты затухающей памяти. 248
Г лава 2
5.4.4. МОДЕЛИ МАТЕРИАЛА
Для описания динамического поведения материалов предлагались различные формы уравнений состояния (определяющих соотношений). Некоторые из них, используемые для описания явления распространения волн, обсуждались в гл. 2. По результатам экспериментов с постоянной скоростью деформации для многих металлов (разд. 5.4.1) было установлено, что зависимость напряжения пластического течения от логарифма скорости деформации линейна в широком диапазоне скоростей деформаций до IO3 с-1. При более высоких скоростях деформации, как показывают многие исследования, наблюдается линейное изменение напряжения со скоростью деформации, которое на графике с логарифмом скорости деформации по оси абсцисс имеет вид резкого нарастания. По этому поводу мнения существенно расходятся, поскольку неизвестно, действительно ли имеет место это возрастание, или оно является следствием несовершенства аппаратуры или методики, проявляющегося при высоких скоростях деформации, когда могут нарушаться основные предположения теории. Более того, при моделировании динамического поведения материалов обычно не учитывают влияния истории процесса по скорости деформации, которая, как было показано, может быть существенной для многих материалов. Одна из первых попыток учесть историю или эффекты памяти в модели динамического поведения материала предпринята в работе [56], где была предложена концепция состояния твердости, соответствующего дислокационной структуре, которая формируется в процессе пластического деформирования. Уравнение состояния вида
