Квазистатических испытаний

В общем случае доли усталостных и квазистатических повреждений зависят от циклических и односторонне накопленных деформаций. В зависимости от режима нагружения превалирующими могут быть односторонне накопленные деформации и квазистатические повреждения (см. рис. 1.1, а и в) или циклические деформации и усталостные повреждения (см. рис. 1.1, б и г).

Квазистатические повреждения, обусловленные необратимым формоизменением в зоне разрушения цилиндрического образца,вызывают смещение кривых усталости для термоусталостного режима нагружения (штриховые линии) относительно базовых (сплошные линии).

При термоциклическом нагружении сферического оболочечного корпуса происходит накопление деформации и возникают значительные квазистатические повреждения в опасной точке конструкции. Доля квазистатических повреждений к моменту достижения предельного состояния может составлять 0,3 (кривые / и 2 на рис. 5.5).

В общем случае доли усталостных и квазистатических повреждений зависят от циклических и односторонне накопленных деформаций. В зависимости от режима нагружения превалирующими могут быть односторонне накопленные деформации и квазистатические повреждения (см. рис. 1.1, а и в) или циклические деформации и усталостные повреждения (см. рис. 1.1, б и г) .

Квазистатические повреждения, обусловленные необратимым формоизменением в зоне разрушения цилиндрического образца, вызывают смещение кривых усталости для термоусталостного режима нагружения (штриховые линии) относительно базовых (сплошные линии) .

При термоциклическом нагружении сферического оболочечного корпуса происходит накопление деформации и возникают значительные квазистатические повреждения в опасной точке конструкции. Доля квазистатических повреждений к моменту достижения предельного состояния может составлять 0,3 (кривые 1 и 2 на рис. 5.5) .

Для элементов технологического оборудования [13, 99] с учетом специфики термоциклического нагружения, напротив, доминирующими являются квазистатические повреждения вследствие интенсивного необратимого формоизменения.

Максимальная температура термического цикла существенно влияет на характер необратимых деформационных процессов. Расчет термоциклических деформаций в диске при Г—70...800° С [9, 43] выявил существенную нестационарность процесса накопления (рис. 1.15, г и (?) односторонних деформаций в цикле деформирования (в отличие от предыдущего примера). К десятому циклу суммарная накопленная деформация достигает 3%, что и определяет большие квазистатические повреждения и соответствующий характер разрушения конструктивного элемента [44].

Длительные статические (квазистатические) повреждения можно также оценить с помощью деформационной зависимости

мов от длительности выдержки является возникновение квазистатических повреждений при мягком режиме вследствие накопления односторонних деформаций, свойственного мягкому режиму нагру-жения и проявляющегося в большей степени при наличии выдержки. Таким образом, при мягких режимах нагружения с выдержками, с одной стороны, накапливаются односторонние необратимые деформации, формирующие квазистатические повреждения, снижающие долговечность, а с дг^утой стороны, протекает прямо про-

Например, для стали 12ХШН9Т (см. рис. .2.12) условия термомеханического нагружения были таковы, что эффект «залечивания» вследствие выдержки в полуцикле сжатия не компенсировал квазистатические повреждения, наводимые процессом накопления односторонних деформаций.

Леонардо да Винчи был одним из первых, кто изобрел простейшее устройство для определения механических свойств железных проволок при растяжении. Метод заключался в следующем: один конец проволоки жестко закреплялся на перекладине, а ко второму концу прикреплялось ведерко, в которое засыпалась дробь. Метод квазистатического растяжения проволоки путем увеличения количества дроби позволил установить, что короткие проволоки прочнее длинных. Этот принцип испытания, введенный более 500 лет назад, был положен впоследствии для определения механический свойств металла при квазистатическом нагружении. Современные испытательные машины доведены до совершенства, так как оснащены компьютерами и позволяют не только задавать необходимый режим нагружения, но и рассчитывать прочность на разрыв, пластичность и другие свойства деформируемого образца. Для учета реакции металла на внешнее воздействие, зависящей от способа приложения нагрузки, были выделены кроме квазистатических испытаний на разрыв, также испытания на удар (ударная вязкость), циклическое нагружение (усталость), статические нагружение (ползучесть) и другие виды.

В монографии представлены результаты исследования механического поведения конструкционных материалов под действием импульсных нагрузок ударного и взрывного характера. Рассмотрена связь процессов нагружения и деформирования материала при одноосном напряженном состоянии. Описаны оригинальные методики и средства квазистатических испытаний на растяжение со скоростями до 950 м/с. Приведены результаты испытаний ряда металлических материалов и реологическая модель их механического поведения учитывающая влияние на сопротивление скорости деформации. Исследовано упруго-пластическое деформирование и разрушение материала в плоских волнах нагрузки. Описаны новые методики и изложены результаты экспериментальных исследований зависимости характеристик ударной сжимаемости и сопротивления пластическому сдвигу за фронтом плоской волны от ее интенсивности, связи силовых и временных характеристик откольной прочности.

В настоящей монографии основное внимание уделено описанию методов испытания материалов при высоких скоростях деформирования и получению данных о характеристиках прочности и пластичности конструкционных материалов с учетом скорости деформации, уровня средних (гидродинамических) напряжений, температуры и других параметров нагружения. Сложное реологическое поведение материала под нагрузкой, нестационарное поле напряжений и деформаций в материале при импульсном нагружении затрудняют получение данных для составления определяющих уравнений состояния. Поэтому в представленных исследованиях использованы наиболее простые схемы нагружения (растяжение образцов при одноосном напряженном состоянии и одноосная деформация материала в плоских волнах нагрузки), обеспечивающих вследствие простоты анализа получение наиболее точных данных о напряжениях и деформациях в материале. В монографии впервые обобщены результаты квазистатических испытаний и анализа закономерностей деформирования материала в упруго-пластических волнах нагрузки.

Таким образом, построение определяющих уравнений состояния требует установления функциональной связи между процессами нагружения и деформирования с учетом истории нагружения и основано на экспериментальном исследовании: связи процессов нагружения и деформирования при одном напряженном состоянии (растяжение, сжатие или сдвиг); связи .лш1енс_ивно.стей__н_апряжений и деформаций с учетом влияния уровня средних напряжений;^^збт^о1!й?"упрТ5Чнения~в~~зависи"-мости от пути предшествующего нагружения (см. рис. 1). Связь процессов нагружения и деформирования наиболее надежно определяется по результатам квазистатических испытаний, как правило, на растяжение — сжатие или кручение (сдвиг) путем сопоставления мгновенных значений напряжений и деформаций, характеризующих состояние определенного объема материала.

Таким образом, достаточно надежные экспериментальные данные о поведении материала при импульсном нагружении в настоящее время могут быть получены в основном по результатам квазистатических испытаний.

Сопоставление экспериментального профиля волны нагрузки с расчетным позволяет оценить соответствие использованной в расчетах модели материала его реологическому поведению, установить границы применимости и уточнить определяющие уравнения состояния, построенные по результатам квазистатических испытаний.

1. Постановка квазистатических испытаний материалов на одноосное растяжение и сжатие, обеспечивающих равномерное напряженное и деформационное состояние материала в объеме рабочей части образца, связана с решением двух основных задач: а) выбор параметра испытания в соответствии с характером интересующей нас информации о поведении материала под нагрузкой и метода его реализации с достаточной точностью во всем скоростном диапазоне исследований; б) выбор и реализация методов регистрации (расчета) напряжений и деформаций в равномерно деформируемом объеме рабочей части образца, обеспечивающих достаточную точность.

Выбор образца и динамометра для квазистатических испытаний с высокой скоростью деформации диктуется требованием достоверной регистрации напряжений и деформаций для одного и того же объема материала. Для измерения напряжений в образце обычно используется последовательно соединенный с ним или выполненный вместе с образцом упругий динамометр, упругая деформация которого при испытании позволяет определить величину нагрузки. Напряжения в динамометре определяются усилием в области стыка образца и динамометра, и появление градиентов напряжений в них нарушает соответствие регистрируемой нагрузки и деформации на расчетной длине образца. Для устранения этого несоответствия необходимо обеспечить однородное распределение деформации по длине образца и неискаженную регистрацию усилия в нем.

Результаты квазистатических испытаний с высокими скоростями деформации используются в QCHOBHOM для определения влияния скорости на характеристики прочности и пластичности исследуемых материалов.

По-видимому, в настоящее время наиболее надежные данные о величине коэффициента вязкости металлических материалов получены по результатам квазистатических испытаний образцов с различными скоростями деформации.

до 103 кгс/см2, что соответствует коэффициенту вязкости Цт~ ^0,4- 104 И (время релаксации ?с» 15 не). Этот коэффициент вязкости по порядку величины близок к его величине, определенной по результатам квазистатических испытаний.