Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
Задача, с которой сталкивается металловед или экспериментатор, состоит в том, как построить уравнение состояния, наилучшим образом описывающее данный материал или класс материалов. Из-за большого числа компонент напряжений, деформаций и их производных по времени, которые могут затруднить исследование, эксперименты проводят главным образом для одномерного напряженно-деформированного со-
u Перекрестные эффекты взаимодействия гидростатических и сдвиговых составляющих в определяющих уравнениях материала существенны для грунтов, горных пород и других пористых материалов-Прим. ред. 200
Г лава 2
стояния. В динамических испытаниях инерционные и волновые эффекты усложняют напряженно-деформированное состояние, и их необходимо учитывать во многих случаях. В этой главе при определении динамического поведения материала при высоких скоростях деформаций основное внимание уделяется некоторым задачам и предположениям, где можно пренебречь волновыми эффектами или рассмотреть их в наиболее простой форме. В гл. 2 рассматриваются явления распространения волн и их связь с динамическим поведением материала. Динамические свойства материалов рассматриваются здесь с чисто феноменологической точки зрения, и совсем не затрагивается физический механизм, определяющий процесс динамической деформации. Этот аспект исследования, необходимый для понимания и развития динамической пластичности, всесторонне освещен в соответствующей литературе, на которую там, где необходимо, даны соответствующие ссылки.
Исследования поведения материалов при высоких скоростях деформаций вызывают значительный интерес со времени окончания второй мировой войны, когда вопросы динамической пластичности и распространения пластических волн впервые привлекли внимание исследователей. С тех пор по этой теме был проведен ряд конференций и симпозиумов и появилась обширная литература. Здесь не делается попыток осветить все существенные публикации, а даются выборочные ссылки с целью иллюстрации отдельных моментов, а в некоторых случаях для освещения истории проблемы. Общее обсуждение явления соударения содержится в работе Гольдсмита [49]. Труды различных конференций и симпозиумов, посвященных поведению материалов при высоких скоростях деформаций, представлены в работах [53, 67, 71, 88, 122]. Металловедческие аспекты поведения материалов при высоких скоростях деформаций рассмотрены Рохди и др. [119], а подробный обзор экспериментальных методов исследований при высоких скоростях деформаций дан Линдхольмом [90].
5.1. ДИНАМИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
5 1.1. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
Уравнение состояния материала в его наиболее общей форме должно описывать поведение материала при всех возможных значениях скорости деформации. Однако даже в случае одноосного напряженного состояния вывести такое уравнение чрезвычайно трудно, и поэтому большинство уравнений состояния обычно применимо лишь в узком диапазоне скоростей деформаций. Это обстоятельство не находится в противоречии с физической сутью явления, поскольку в различных диапазонах скоростей деформаций доминируют различные физические механизмы. Динамическая классификация механических испытаний по диапазонам скоростей деформаций (рис. 5.1) была предложена Линдхольмом [90]. При скоростях деформаций от 10 " 6 до 10 ' 5 с " 1 опреде- Поведение материалов при высоких скоростях деформации 201
VlI
/о6 ю
-8
10«
IO'1
102
10'
10°
10' —1—
10
IO0
гг
> > UUtJ і ^
Л „ 1 IJ
ч Промежу-1 \ точные \
10"
IO2 т—
IO'6 IOa
10 Характерное время, с t_6 Скорость де-10 формации, Cr
T-1-
N Высокоскорост -
-h
ции
-It-
/Иашины, обеспечивающие постоянную нагрузку и пи напряжение
Машины с гидравлическим или винтовым приводом
Пневмати-\ Механи- I ческие или
меосани- І I
4SnnnZ I взрывной \ копры I ^gap I
I I
Легкогазовая пушка или удар пластины, разогнанной продуктами взрыва
H-
Обычные методы нагружения
Запись зависимости 6(t)u скорости ползучести
Испытания с постоянной скоростью деформации
і Pacnpocm-, Механи- [ранение
.ранение ческии \ упруго -
o6UpCa%T
машина | во"м
Распространение ударных волн
Пренебрежение силами инерции
Учет сил инерции
Изотермический процесс
Плоское напряженное состояние
Адиабатический процесс плоское і
Учет динамических факторов в испытаниях
формирован-
Pocm уровня напряжений
ное состояние
Рис. 5.1. Динамическая классификация механических испытаний.
ляющим фактором, особенно для металлов при высоких температурах, является ползучесть, и поведение материалов в этом диапазоне описывается законами типа законов ползучести. При более высоких скоростях деформаций (от IO"4 до 10" 3 с" *) для описания поведения материалов используют условия одноосного растяжения или сжатия, а также квазистатическую зависимость напряжения от деформации, полученную при постоянной скорости деформации. Хотя часто считается, что квазистатическая зависимость выражает основные свойства материала, ее применимость ограничена той скоростью деформации, при которой проводились испытания. С увеличением скорости деформации может измениться сам характер связи между напряжением и деформацией, что заставляет прибегать к другим видам испытаний. Специальное экспериментальное оборудование позволяет проводить эксперименты с постоянной скоростью деформации до ее значений порядка IO4 с"1. Скорости деформаций в диапазоне от 10" 1 до IO2 с" 1 обычно определяются как промежуточные, или средние. Именно в этом диапазоне становятся заметными эффекты скорости деформации в большинстве металлов, хотя в некоторых случаях их влиянием еще можно пренебречь. Скорости деформаций от IO3 с" 1 и выше обычно характеризуют 202
