Высокоскоростное испытание
Cтраница 2
Специфическая особенность процессов высокоскоростного нагружения заключается в сложном характере нагружения и влиянии времени нагружения. При высокоскоростных испытаниях устранение эффектов продольной инерции в образце достигают только при испытании с постоянной скоростью деформирования - относительного движения торцов образца. При таком законе нагружения каждое сечение образца двигается с постоянной скоростью, линейно возрастающей от закрепленного конца образца к нагружаемому, до момента локализации деформации, например в шейке на рабочей части при растяжении. При скоростях деформации свыше 5Х X 104 с 1 обеспечение необходимой однородности деформирования образца чрезвычайно затруднено. Поэтому для изучения поведения материала используют анализ закономерностей неоднородного деформирования при распространении упругопластических волн в стержнях и плитах. [16]
Специфическая особенность процессов высокоскоростного нагружения заключается в сложном характере нагружения и влиянии времени нагружения. При высокоскоростных испытаниях устранение эффектов продольной инерции в образце достигают только при испытании с постоянной скоростью деформирования - относительного движения торцов образца. При таком законе нагружения каждое сечение образца двигается с постоянной скоростью, линейно возрастающей от закрепленного конца образца к нагружаемому, до момента локализации деформации, например в шейке на рабочей части при растяжении. При скоростях деформации свыше 5Х X 10 с обеспечение необходимой однородности деформирования образца чрезвычайно затруднено. Поэтому для изучения поведения материала используют анализ закономерностей неоднородного деформирования при распространении упругопластических волн в стержнях и плитах. [17]
 |
Схема испытаний по методу динамической раздачи тонких колец. / - образец. 2 - контейнер. 3 - плунжер. 4 - рабочая жидкость. 5 - мембранный датчик. [18] |
Еще более сложный характер нагружения характерен для высокоскоростных испытаний на растяжение, поэтому существенное значение имеет правильный выбор формы образцов. При высокоскоростных испытаниях применение стандартных пропорциональных образцов неизбежно приводит к значительным методическим погрешностям и деформация локализуется вблизи активного захвата. [19]
Время и степень выравнивания напряжений по длине образца определяются частотой взаимодействия волн, обратно пропорциональной длине образца. При высокоскоростных испытаниях выравнивание напряжений по длине рабочей части образца требует определенного времени, сравнимого с временем испытания. С повышением скорости деформирования это время составляет все большую часть времени испытания при неизменной длине образца. По этой причине для высокоскоростных испытаний неприемлемы пропорциональные образцы, принятые для статических испытаний. Их применение приводит к локализации деформации и разрушения вблизи нагружаемого конца при достижении так называемой критической скорости удара [81, 129], а также к появлению ряда других аномальных эффектов, не характеризующих действительное механическое поведение материала. [20]
В существующих определениях ударной вязкости и вязкости разрушения материала существует некоторая нечеткость. Наиболее просто при высокоскоростных испытаниях, таких как ударные испытания по Шарпи или по Изоду, измеряется энергия маятника, затрачиваемая на разрушение, или общая площадь под кривой нагрузка - время, если испытательный прибор снабжен приспособлением для записи усилий в маятнике. Хорошо известно, что маятниковые методы дают результаты, очень чувствительные к форме и размерам образца и обычно трудно коррелируемые с поведением материала в реальных условиях. В принципе, эти методы являются первой попыткой измерения стойкости материала к росту трещины, а нанесение острого надреза в образце - попыткой исключения энергии инициирования трещин из общей энергии разрушения. Надрез в образце также обусловливает разрушение по наибольшему дефекту известных размеров и исключает влияние статистически распределенных дефектов в хрупком теле. [21]
В существующих определениях ударной вязкости и вязкости разрушения материала существует некоторая нечеткость. Наиболее просто при высокоскоростных испытаниях, таких как ударные испытания по Шарпи или по Изоду, измеряется энергия маятника, затрачиваемая на разрушение, или общая площадь под кривой нагрузка - время, если испытательный прибор снабжен приспособлением для записи усилий в маятнике. Хорошо известно, что маятниковые методы дают результаты, очень чувствительные к форме и размерам образца и обычно трудно коррелируемые с поведением материала в реальных условиях. В принципе, эти методы являются первой попыткой измерения стойкости материала к росту трещины, а нанесение острого надреза в образце - попыткой исключения энергии инициирования трещин из общей энергии разрушения. Надрез в образце также обусловливает разрушение по наибольшему дефекту известных размеров и исключает влияние статистически распределенных дефектов в хрупком теле. [23]
Во-первых, поведение полимерного материала при высокоскоростных испытаниях - это только один крайний случай в широком спектре его механических свойств, которые проявляются и при ползучести, и при ударных нагрузках. Для понимания общих закономерностей поведения материала в различных условиях необходимо прежде всего рассмотреть случай одноосного растяжения. [24]
Современные усовершенствования методов испытания и частое использование высокоскоростных испытаний, а также опыты на ползучесть, и особенно испытания синтетических материалов, делают, однако, все более очевидным, что скорость деформации или связанная с ней скорость приложения внешних нагрузок существенно влияет па результаты опытов. Поэтому очевидно, что чисто статические концепции не могут привести к удовлетворительной теории прочности. Теория, принимающая в расчет скорость, необходима как с теоретической, так и с практической точек зрения. Например, стандартные нормы для мягкой стали до последнего времени требовали эпределения минимума разрушающего напряжения без указания, зднако, скорости, при которой должны проводиться испытания, известно, что менее добросовестные поставщики мягкой стали, если ix продукция не достигала стандартных норм при обычных скоро-тях, иногда прибегали к использованию установок с повышенной коростью, в результате чего регистрировалась высокая прочность азрушения. Эта лазейка была закрыта в последних британских тандартах ( British Standart Specification) предписанием использо-ать определенную скорость приложения нагрузки. Чрезвычайным реди материалов, для которых влияние скорости испытания чув-гвительно, является такой материал, как вискоза. У вискозы снятие прочности имеет значение только по отношению к максималь-ой скорости деформации. [25]
Испытания на долговечность могут также проводиться на гладких барабанах. Испытания с пошаговой нагрузкой основаны на увеличении нагрузки после каждого заданного числа циклов испытания. Высокоскоростные испытания включают увеличение скорости барабана через заданные интервалы до повреждения шины или достижения заранее заданной скорости. Другое явление, контролируемое в высокоскоростных испытаниях, - это формирование стоячих волн ( волнистости) на боковинах шины; это явление обычно предшествует разрушению шины. [26]
Существенные затруднения, возникающие при исследованиях с высокими скоростями деформации и обусловленные необходимостью сохранения равномерного деформирования по длине рабочей части образца и одноосности его напряженного состояния как основных условий получения достоверной информации в квазистатических испытаниях, являются основной причиной недостаточного объема имеющихся экспериментальных данных о высокоскоростном деформировании материалов. Невыполнение этих условий при высоких скоростях деформирования снижает достоверность экспериментальных результатов и может привести к количественному и качественному искажению зависимости характеристик прочности и пластичности от скорости деформации. Несоблюдение ограничений на предельные размеры рабочей части образца ( из конструктивных соображений) ограничивает результаты высокоскоростных испытаний получением только качественной информации о влиянии скорости деформирования на механические характеристики материала, тем более что нагрузка регистрируется по деформации динамометра в упругой волне с искажением, вызванным дисперсией волны при ее распространении. [27]
Время и степень выравнивания напряжений по длине образца определяются частотой взаимодействия волн, обратно пропорциональной длине образца. При высокоскоростных испытаниях выравнивание напряжений по длине рабочей части образца требует определенного времени, сравнимого с временем испытания. С повышением скорости деформирования это время составляет все большую часть времени испытания при неизменной длине образца. По этой причине для высокоскоростных испытаний неприемлемы пропорциональные образцы, принятые для статических испытаний. Их применение приводит к локализации деформации и разрушения вблизи нагружаемого конца при достижении так называемой критической скорости удара [81, 129], а также к появлению ряда других аномальных эффектов, не характеризующих действительное механическое поведение материала. [28]
Испытания на долговечность могут также проводиться на гладких барабанах. Испытания с пошаговой нагрузкой основаны на увеличении нагрузки после каждого заданного числа циклов испытания. Высокоскоростные испытания включают увеличение скорости барабана через заданные интервалы до повреждения шины или достижения заранее заданной скорости. Другое явление, контролируемое в высокоскоростных испытаниях, - это формирование стоячих волн ( волнистости) на боковинах шины; это явление обычно предшествует разрушению шины. [29]
Главной проблемой при ударных испытаниях пластмасс является подбор таких условий эксперимента, которые бы наиболее точно моделировали реальные условия работы материала. В предыдущей главе обращалось внимание на то, что характер зависимости напряжений от деформаций на начальном участке в основном определяется скоростью нагружения, его длительностью и температурой. Вообще говоря, оценки полимеров, полученные при низкоскоростных испытаниях, могут совершенно не совпадать с результатами высокоскоростных испытаний. Тем не менее следует ясно представлять, что поведение материала при ударных нагрузках - это только крайний случай проявления его механических свойств, другой крайний случай имеет место при долговременных испытаниях образца на ползучесть. Поэтому всякое качественное объяснение поведения материала при высокоскоростных деформациях должно согласовываться с результатами испытаний этого материала в самом широком диапазоне длительностей воздействия. [30]
Страницы: 1 2 3