Скоростях деформации

Для решения более сложных задач широкое применение находят вариационные методы, сущность которых заключается в том, что система уравнений равновесия, условий пластичности и граничных условий заменяется эквивалентным ей принципом возможных перемещений. Использование данного метода возможно лишь при наличии данных (экспериментальных, численных и т.п.) о скоростях деформаций в различных точках исследуемой конструкции, необходимых для нахождения функции распределения скоростей деформации по сечению, отвечающему минимальному значению энергии деформации. Изложенный метод, с связи с этим, по сути своей является приближенным, поскольку минимизирующие функции подбираются эмпирически.

Для решения более сложных задач широкое применение находят вариационные методы, сущность которых заключается в том, что система уравнений равновесия, условий пластичности и граничных условий заменяется эквивалентным ей принципом возможных перемещений. Использование данного метода возможно лишь при наличии данных (экспериментальных, численных и т.п.) о скоростях деформаций в различных точках исследуемой конструкции, необходимых для нахождения функции распределения скоростей деформации по сечению, отвечающему минимальному значению энергии деформации. Изложенный метод, с связи с этим, по сути своей является приближенным, поскольку минимизирующие функции подбираются эмпирически.

Основываясь на этом уравнении состояния для сверхпластического течения, можно ожидать [349, 350], что уменьшение размера зерна должно привести к резкому повышению сверхпластических свойств и достижению сверхпластичности при относительно низких температурах и/или высоких скоростях деформаций. Поэтому развитие методов ИПД для получения наноструктурных материалов открыло новые возможности для исследования сверхпластичности в металлических материалах, а также дало возможность начать новые систематические экспериментальные исследования в этой области [319]. Эти исследования начались в двух направлениях: первое — это получение объемных образцов с однородной структурой и размером зерна менее 1мкм (уровень суб-микрокристаллов) с помощью РКУ-прессования или многократной ковки; второе — это получение нанокристаллических структур в образцах с малыми геометрическими размерами (менее 15-20мм), используя метод интенсивной пластической деформации кручением.

6.1. ПОВЕДЕНИЕ КОМПОЗИТОВ ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ ДЕФОРМАЦИЙ

Известно, что обычно с увеличением скорости приложения нагрузки скорость деформации возрастает, что сопровождается также изменением предела прочности. Это обстоятельство остается справедливым и для композитов. Однако при этом поведение композитов обладает специфическими особенностями. При больших скоростях деформаций поведение дисперсной и матричной фаз оказывается различным, а характер разрушения является многообразным, поэтому необходимо рассматривать разрушение матрицы, разрушение волокна, разрушение по поверхности раздела волокна и матрицы и т. д., т. е. разрушение не является таким простым, как в случае однофазного материала.

Поведение композита при высоких скоростях деформаций отличается от случаев, рассмотренных в предыдущих главах, поскольку при высоких скоростях деформаций прихо-ходится принимать во внимание влияние массы материала и нельзя исключить из рассмотрения вязкоупругость материала. Следовательно, диаграммы напряжение — деформация при динамических воздействиях будут отличаться от диаграмм, которые имеют место при статическом нагруже-нии, что можно видеть из рис. 6.1.

Из рис. 6.4 можно видеть, что на ударное поведение композита могут оказывать влияние такие факторы, как структура материала (характеристики композита, содержание компонентов в нем, особенности распределения фазы и форма конструкции), окружающие условия (температура, влажность и др.), условия нагружения внешними силами (скорость удара, растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг и т. д.). Поэтому точное описание и определение поведения композита представляют собой сложную задачу. Исследование поведения таких материалов при высоких скоростях деформаций можно проводить аналитически, экспериментально или же в случае необходимости использовать комбинированные методики, содержащие как теоретические, так и экспериментальные элементы. При исследовании поведения материала можно выделить два этапа:

6.1, ПОВЕДЕНИЕ КОМПОЗИТОВ ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ ДЕФОРМАЦИЙ

6,1. ПОВЕДЕНИЕ КОМПОЗИТОВ ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ ДЕФОРМАЦИЙ

6.1. ПОВЕДЕНИЕ КОМПОЗИТОВ ПРИ ВЫСбКИХ СКОРОСТЯХ ДЕФОРМАЦИЙ

6.1. ПОВЕДЕНИЕ КОМПОЗИТОВ ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ ДЕФОРМАЦИЙ 155

Напряжение при достижении им предела текучести вызовет пластическую деформацию, т. с. приведет в движение дислокации. Если препятствий для свободного перемещения дислокаций нет и они не возникают в процессе деформации, то деформация может быть сколь угодно большой. При растяжении образец может удлиниться в десятки и сотни раз, превращаясь в подобие проволок. В некоторых случаях (при определенных температурах и скоростях деформации некоторых металлов) это наблюдается и носит название сверхпластичность. Конечно, так удлиниться на многие сотни и даже тысячи процентов образец сможет лишь тогда, когда не возникает местное сужение (шейка). Если возникает шейка, то деформация локализуется и в таком металле, в конечном итоге, произойдет разделение образца на два куска, но тогда, когда в месте разделения сечение утонилось до нуля. Это не редкий случай (рис. 48).

Испытание на растяжение. Обычно цилиндрической формы образец с утолщениями по концам (для укрепления в захваты испытательной машины) растягивается. В современных машинах (Цвик, Инстрон, MTS) скорость растяжения может изменяться в широких пределах от 0,003 до 3000 мм/мин. При больших скоростях деформации такое испытание считается динамическим (ударным). Большинство испытательных машин снабжено диаграммным аппаратом, записывающим кривую деформации (см. рис. 40 и 42), на которой можно найти интересующие величины прочности и пластичности (ств, <Т0,2, б, Е), хотя деформационные характеристики (б, гз) или характеристики, связанные с малыми деформациями (Е, o0,oi и др.), следует определять, измеряя деформацию непосредственно на образце (во время испытания или после его разрушения).

По механическим свойствам стекло в случае быстрых нагружена!) подобно твердому телу Еука, а при малых скоростях деформации - жидкости Ньютона. В последнем случае стекло можно растянуть бее образования "шейки" на образце.

1. Структурная, которая проявляется при температурах выше ~0,5Т11Л в металлах и сплавах с величиной зерна от 0,5 до ~10 мкм и небольших скоростях деформации (^,10-5— 1СГ1 с^1) *.

Двухфазные титановые сплавы проявляют сверхпластичность при 850—950 °С и скоростях деформации 10~4—ИГ3 "С'1. Относительное удлинение достигает 1000 % (т = 0,4—0,8). Лучшие результаты получены после термомеханической обработки, когда совмещают деформацию (3-фазы в процессе нагрева под закалку и в процессе распада мартенсита, при температуре а + Р области.

Одной из важнейших характеристик процесса смазки является толщина смазочного слоя. Она существенно зависит от свойств смазочного слоя. В условиях тяжелонагруженного контакта зубчатого зацепления свойства смазочного слоя существенно отличаются от свойств ньютоновской жидкости. При больших скоростях деформации слоя, возникающие в нем напряжения перестают зависеть от скорости деформации. Охарактеризовать эти свой-

щина распространяется прерывисто, так как каждому последующему шагу ее роста предшествует пластическая деформация, затем диффузия водорода к дефектам. Острый надрез на поверхности стали способствует пластической деформации металла в его вершине и, следовательно, снижает критическое значение напряжения и уменьшает задержку перед растрескиванием. При температуре ниже —ПО °С или при высоких .скоростях деформации водородное охрупчивание и растрескивание уменьшаются вследствие замедления диффузии водорода.

Понижение температуры и повышение скорости деформации приводит к сужению области абсолютных пороговых значений Klq, отвечающих предыдущему и последующему неустойчивым состояниям. Таким образом, испытания при пониженных температурах и высоких скоростях деформации для определения К1с приближаются к испытаниям в подобных по микромеханизму разрушения условиях. Остается вопрос, как перейти от значений К1с при низкой температуре к значениям К1с при более высокой температуре или более высоких

скоростях деформации. Установленное постоянство произведения Т=К? -ат

1000%) под действием небольших растягивающих напряжений (порядка 1-10 МПа). С. проявляется при темп-pax выше 0,5 /пл и при сравнительно небольших скоростях деформации. Т.н. структурная (микрозёрен-ная) С. присуща металлич. материалам с размером зерна -10 мкм и менее.

В последние годы эффект сверхпластичности используется в промышленности многих стран вследствие того, что одновременно с увеличением тягучести материала происходит значительное уменьшение усилий деформирования. Сверхпластичность установлена у сплавов на основе цинка, меди, алюминия, титана, никеля, магния и др. при температурах около половины от абсолютной температуры плавления и сравнительно невысоких скоростях деформации (около 10-3с~').