книги / Характеристики прочности и пластичности конструкционных материалов при высоких скоростях деформации

P*fc. 3.5. Схема регистрации скорости движения бобка { а > в дефермалжи тензодатчиком сопротивления (б ). Д I в Д 2 —' элехтроконтакт—

яые датчики, ТД — тензодатчик.

а

ют одно плечо мосте M I. Компенсационный мост М2, иден­ тичный основному, но без питания, соединяется с компен­ сационными датчиками, наклеенными но стержень вблизи основных, н вторым входом предусилителя осциллограмма. * Симметричный монтаж, мостов и их соединения с датчиками и осциллографом, а также надлежащий Выбор точки зазем­ ления обеспечивает компенсацию электрических помех до приемлемого уровня.

Измерительный мост питаете?! от батареи сухих элемен­ тов напряжением 25 вольт. Напряженно питания устанавли­ вается, потенциометром па уровне, соответствующем допустимому для датчиков току. Подстройка баланса мостов производится потенциометром Яф , контроль баланса и напряжения питания - стрелочным прибором. Калибровка сигнала с моста обеспечивается подсоединением параллельно датчику калиброванного сопротивления

Скорость движения бойка измерялась перед его соуда­ рением с накопальней по времени между замыканием Двух электроконтактных датчиков Д1 и Д2, соединенных со схе­ мой измерения скорости (рис. 3.5, а), с выходов которой сигнал поступал но секундомер-калибратор СК-1Н, выда­ вавший отсчет времени между замыканием контактных дат­ чиков, Сигнал, вызванный замыканием датчика Д2, посту­ пал на запуск осциллографа, регистрирующего усилие.

Тарировка тензодатчика, состоит в установлении зави­ симости величины сигнала или какого-либо параметра от величины деформации. Для тензодатчиков сопротивления устанавливается соотношение между относительным изме­

чика, наклеенного на призматическую бплочку, при статичес­ ком чистом изгибе в .пределах упругого поведения материа­ ла Салочки. 'Деформация датчика определяется расчетом по

62

величине прогиба баночки.

Значение коэффициента тензочувстыпелышст датчика при динамическом нагружении может отличаться, от его ста­ тической величины! Это связано как с различием поведения самого тензочувствительного элемента в зависимости от скорости деформирования, так и с изменением: поведении подложки и клея.

Для динамической тарировки может быть использован метод, основанный на сопоставлении деформации в упругой волне, распространяющейся по стержню, и изменении сопро­ тивления датчика, наклеенного на поверхности' стержня.

Этот метод /177 основан на том, что при продольном соу­ дарении массивного бойка со стержнем, амплитуда на фрон­ те волны в последнем определяется-одним параметром - скоростью соударения, а скорость упругой деформации па фронте водны при снижении до минимума контактных'явле­

ее фронтом. Прохождение волны через область наклейки датчика вызывает деформацию, максимальная величина ко­ торой на фронте волны <£* = If/ С (С - скорость распространения фронта волны). Изменение сопротивления тензодатчика при прохождении фронта волны определяется по величине максимального регистрируемого сигнала.

АЗ. Экспериментальное исследование 'влиянии . динамометра на регистрируемую диаграмму

усилия в образце

При высокоскоростных испытаниях наиболее точная ре­ гистрация усилия в образце обеспечивается использованием образца, изготовленного заодно с динамометрической частью, длина которой определяет время неискаженной регистрации усилия по упругой деформации динамометра в прямой волне (до прихода отраженной волны от второго конца динамомет-

63

I* ). Отсутствие? резьбового переходя от образца к динамо­ метру й возможность использования динамометра минималь­ ного диаметра снижает до минимума уровень искажений при регистрации импульса нагрузки.

Влшипгс на регистрируемую при испытании диаграмму намононнп нагрузки типа динамометров и их размеров ис­ следовали экспериментально на образцах из стали 45 .

На'рис, 3.6, а приведены осциллограммы, полученные при ударном высокоскоростном растяжении образна с рабо­ чей частью «Г 4 х 10 мм, и динамометром 0 8 мм. Сигнал практически свободен от колебаний» обусловленных радиаль­ ной ниерипой динамометра. Поскольку длина рабочей части образна но обеспечивает равномерное деформирование' по длина (не соблюдается условие (2 .4 )) деформирование ма­ териала рабочей части образца в начальный период нагру­ жения определяется распространением от нагружаемого кон­ ца унруго-пластическоЙ волны н ее отражением от перехо­ да рабочая часть образиз-динамометр.

С итим может быть связано сохранение формы началь­

207 м/сок. Результаты таких испытаний следует анализи­ ровать с учетом возможного неравномерного распределения деформации по длине рабочей части образца и несоблюдения заданного параметра испытания.

Использование образна с более короткой рабочей частью и связанное с втим ограничение по времени процесса релак­

для образцов с рабочей частью 6 4 x 1 0 и d 4 x 4 мм умень­ шение длины рабочей части образца сдвигает Максимум на­ пряжений к на * злу деформирования, не изменяя существен­ но область зуба текучести (рис. 3 .6 ,6 ), Это смещение, кг!к указано выше, обусловлено повышением скорости де­ формирования в области рабочей части образца вблизи ди­ намометра.

Величина верхнего предела текучести при высоких ско­ ростях ударного нагружения определяется с наибольшей

64

соответственно верхний и нижний пределы текучести, за ко­ торые на диаграммах примяты амплитуды первого пика на­ пряжений и последующего спада; <5*j - предел прочности; к - ..П1ЛЧСИИЯ, определенные-по усредненной максимальной величине за первым ником напряжений.

Типы динамометров покачаны на рис! 3.7.

Рис. 3.7. /ГиЛы динамометров.

67

ошибкой (в сторону более низких величин напряжений), обусловленной искажением упругого импульса при его рас­ пространении по динамометру. Величина предела прочности регистрируется без искажения.

Испытание образцов увеличенных разменов с сохране­ нием геометрического подобия 1сохранение отношения дли­

форму импульса, однако приводит к возрастанию эффектов, связанных с радиальными колебаниями динамометрической части образца - понижается крутизна фронта осциллограммы

G { t ) и на сигнал, характеризующий усилие в образно, накладываются колебания, существенно затрудняющие, как видно из сравнения (рис. 3 .6 ,д и рис. 3 .6 ,а), обработку осциллограмм.

Увеличение диаметра динамометрической, части образ­ ца при сохранении размеров рабочей части ведет к возрас­ танию эффектов, связанных v. радиальными колебаниями ди­ намометра и искаженной передачей усилия от рабочей час­ ти на динамометр. Так, ступенчатый переход от рабочей к динамометрической части образца ведет к резкому повы­ шению нагрузки за первым пиком напряжений, который по амплитуде соответствует зубу текучести (рис. 3.6, в). Наличие конического перехода от динамометра к рабочей части •образца снижает уровень искажений за зубом теку­ чести (рис. 3.6, г,е), не устраняя колебаний, связанных с радиальной инерцией.

Использование резьбового соединения образца с труб­ чатым динамометром вследствие значительной величины диаметра динамометра'.приводит к появлению радиальных колебаний в нем при быстрых изменениях нагрузки. При длительности деформирования образцу, намного большей периода радиальных колебаний, усреднение последних не вызывает затруднений-(рис. 3.6, ж). Наибольшее искаже­ ние импульса нагрузки имеет место в области зуба теку­ чести и при разрушении образца.

Таким образом, на основании проведенных исследова­ ний следует, что в области высоких скоростей деформиро-

68

вания для измерения усилия в образце может быть рекомен­ дован выполненный вместе с образцом упругий динамометр сечением не более, чем в 4 раза превышающим сечение рабочей части образна (желательно максимально возмож­ ное снижение диаметра образца и динамометра). Для уме­ ренных скоростей ударного растяжения допустимо примене­ ние трубчатого динамометра.

3.4. Влияние длины рабочей части образна на диаграмму деформирования

Неравномерность деформирования до длине образца ве­ дет к тому, что регистрируемое усилие характеризует не сопротивление деформированию определенного объема' мате­ риала, в соответствии, с основным условием получения кор­ ректных результатов при кваэистатических испытаниях, ■ а сопротивление деформированию конкретного образца, как конструктивного элемента. Полуденная при испытании ин­ формация должна быть проанализирована с учетом влияния . относительной длины образца.

Для оценки этих 'эффектов проведена серия испытаний образцов из стали 45 (термообработка - медленный На­

соответствует изменению отношения длины к диаметру в диапазоне 1,5 -т 10. Образцы изготовлены из одного прути­ ка и термообработаны после изготовления за одну садку в печь.

Испытания при малых статических скоростях деформиро­ вания проводили ил .испытательной машине #Инстронг с ’ максимальным усилием 10 тонн. Регистрация усилия и де­ формации с помощью стандартных силоиэмерителя и тензо-; Метра посредством электромеханической записи обеспечи- ■ вала получение диаграмм усилие-время и деформация-вре­ мя.

89

Как следует из результатов -испытаний^ шившие скорос­ ти в исследованном диапазоне 1 СП4 *- 1 0 “ ^ сек~ 1 несущест­ венно - дли одной длины образца индивидуальные кривые нагрузка - удлинение совпадают в предела^ разброса дан­ ных. Изменение длины рабочей части образна ие влияет на

шейки вносит возрастающий вклад в общую величину дефор­ мации образца); относительное сужение в шейке практичес­ ки не изменяется (рис. 3 .8 ) и, следовательно, более полно характеризует предельную пластичность материала при рас­ тяжении, чем относительное удлинение.

Рис. 3.8. Изменение характеристик пластичности стали 45 в зависимости от длины рабочей части образна при скорости деформации г* 1 0 “ d и 1 0 “ 2 с е к - 1 (темные и светлые кружочки соответственно).

Форма кривой <У ( £ ) в области малых упруго-пла­ стических деформаций, соответствующих ''зубу текучести"’, существенно зависит от^длины рабочей части образца.

Если начальные участки упругого деформирования в коорди­ натах нагрузка-удлинение совпадают для всех испытанных образцов независимо от их длины (свидетельство того, что

70