ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методы измерений откольной пресности из "Ударно-волновые явления в конденсированных средах " Методы измерения сопротивления материалов откольному разрушению базируются на анализе волновых взаимодействий при отколе. На рис.5.1 представлены диаграммы время — расстояние it x) и давление—скорость вещества р — и), иллюстрирующие динамику движения среды при отражении импульса сжатия от поверхности тела. [c.150] В процессе разрушения растягивающие напряжения быстро релаксируют к нулю. В результате в растянутом материале появляется волна сжатия, которая выходит на поверхность в виде так называемого откольного импульса. Последующие колебания скорости вызваны многократными отражениями волн между поверхностью образца и плоскостью откола. [c.151] Все известные экспериментальные методы исследования откольных явлений дают лишь косвенную информацию о процессе разрушения и действующих напряжениях. Действительно, высокие растягивающие напряжения при отколе генерируются лишь внутри испытуемого образца, но невозможно ввести какой-либо датчик в образец, не нарушив его целостности и не изменив его сопротивление растяжению. В связи с этим имеют большое значение выбор и обоснование метода исследования, обеспечивающего получение наиболее полной и надежной информации. [c.151] Исследования откола ведутся, главным образом, в двух направлениях 1 — металлографическое изучение зоны откола в сохраненных образцах с установлением корреляции между степенью разрушения и историей нагружения 2 — инструментальное измерение сопротивления динамическому разрушению. В первом случае результатом исследований является информация о способности материала противостоять ударному нагружению, сведения о механизме зарождения и развития микротрещин или пор в материале и статистическое описание этих процессов. Динамические измерения во время ударноволнового нагружения дают наиболее корректные данные о напряжениях, действующих в теле при его откольном разрушении. [c.151] Как правило, зона разрушения при отколе имеет некую конечную толщину. Поскольку процесс разрушения ограничивает рост растягивающих напряжений по мере распространения отраженной волны разрежения вглубь образца, а закон релаксации растягивающих напряжений при разрушении априори неизвестен и в подобных расчетах не учитывается, важно четко определить сечение образца, где расчет растягивающих напряжений еще корректен. Поверхность откольного разрушения обычно достаточно сильно развита, поэтому средняя толщина откольной пластины определяется методом взвешивания. Тем самым за сечение откола принимается некое усредненное сечение, по обе стороны от которого материал в той или иной степени разрушен. По этой причине пренебрежение релаксацией растягивающих напряжений приводит к систематическому завышению, иногда многократному, рассчитываемых значений откольной прочности. [c.152] Рассмотрим основные способы исследования откольных явлений более подробно. [c.152] Метод определения откольной прочности, основанный на анализе образцов после испьггания [3,4], представляется на первый взгляд наиболее наглядным. Импульсы динамической нагрузки создаются в испытуемых образцах, как правило, ударом пластины, причем для более надежной интерпретации истории нагружения ударники зачастую изготовляются из того же материала, что и образец, а толщина образца обычно берется равной двум толщинам ударника. При известной ударной сжимаемости материала амплитуда и длительность импульса сжатия в этом случае легко рассчитываются, а отраженный импульс растяжения принимается симметричным падающему импульсу сжатия. [c.152] Анализ образцов после испытаний на откольное разрушение есть основной способ из)гчения механизма явления и оценки ресурса материала. Что же касается определения разрушающих напряжений, то, поскольку по мере развития разрушения происходит релаксация растягивающих напряжений, для этой цели имеет смысл только выявление критической скорости соударения, при которой появляются первые признаки разрушения. Однако и в этом случае следует заметить, что установление факта появления первых признаков разрушения зависит от разрешающей способности используемой методики и принимаемых критериев, что вносит значительную неопределенность в искомую величину разрушающих напряжений. Практика показывает, что получаемые данным способом значения разрушающих напряжений обычно несколько завышены. [c.153] Наиболее достоверный и информативный способ определения разрушающих напряжений при отколе базируется на измерении профиля скорости свободной поверхности образца. Как показано выше, анализ профиля скорости позволяет без дополнительных предположений найти величину растягивающих напряжений, действовавших в образце в момент начала разрушения. С этой целью непосредственно из профиля скорости свободной поверхности W t) находятся величины максимальной скорости Wq и скорости поверхности перед выходом на нее фронта откольного импульса W . [c.153] С увеличением скорости удара возрастают растягивающие напряжения после отражения импульса сжатия от поверхности образца. Когда они достигают разрушающей величины, внутри образца инициируются зарождение и рост трещин, что приводит к релаксации растягивающих напряжений. В результате в растянутом материале формируется волна сжатия, которая проявляется на профиле скорости поверхности образца в виде так называемого откольного импульса. После этого происходят многократные отражения волн в откалывающейся пластине между поверхностью образца и поверхностью разрушения, что вызывает осцилляции скорости поверхности. Период осцилляций скорости определяется толщиной откольного слоя, а первый спад скорости от ее максимальной величины к значению перед фронтом откольного импульса определяется величиной растягивающих напряжений в образце в момент начала его разрушения. Дальнейшее увеличение ударной нагрузки не приводит к возрастанию этой разницы скоростей. [c.154] Таким образом, из диаграммы видно, что хотя и падающая, и отраженная волны разрежения имеют упругопластический характер, их взаимодействие в случае достаточно большой (больше удвоенной амплитуды упругого предвестника) интенсивности падающего импульса сжатия происходит в области пластического деформирования. При этом траектории Р ив области отрицательных давлений имеют наклон, определяемый объемной сжимаемостью вещества, следовательно, при расчете растягивающих напряжений следует использовать величину объемной скорости звука с ,. [c.155] С другой стороны, откольный импульс есть волна сжатия, которая распространяется по растянутому материалу и, следовательно, должна иметь упругий предвестник. В результате фронт откольного импульса движется с продольной скоростью звука и нагоняет разгрузочную часть исходного импульса сжатия, которая распространяется с объемной скоростью звука (рис.5.4). По этой причине величина измеренная по профилю скорости поверхности, оказывается выше скорости поверхности перед фронтом откольного импульса, которая должна была бы иметь место при отсутствии искажающего влияния упругого предвестника. [c.156] Нагружение образцов в опытах по измерению откольной прочности обычно осуществляется ударом пластины. При этом импульс ударной нагрузки имеет вначале приблизительно прямоугольную форму пока расстояние, пройденное волной сжатия, не достигнет примерно пяти толщин ударника. После этого фронт волны разрежения нагоняет волну сжатия и импульс нагрузки становится по форме близким к треугольному. Следовательно, для того, чтобы коррекция 6W была минимальной, отношение толщин образца и ударника должно быть, как минимум, равно 5. [c.157] Растягивающие напряжения генерируются не только в случае отражения импульса сжатия от свободной поверхности тела, но также при отражении от границы со средой с низким динамическим импедансом. Измерения откольной прочности могут базироваться на регистрации профиля давления или массовой скорости на этой границе [7, 8]. Соответствующая диаграмма р - и приведена рис.5.5. [c.158] Очевидно, что замена свободной поверхности преградой с малой динамической жесткостью приводит к увеличению расстояния между плоскостью откола и контрольной поверхностью, где проводятся измерения. В результате возможные искажения волнового профиля также возрастают. Кроме того, применение преград сопряжено с появлением дополнительных источников погрешности, обуславливаемых неточностью уравнений состояния образца и преграды и необходимостью определения малой разности больших величин. Погрешность уменьшается с увеличением разности динамических импедансов образца и преграды. [c.158] Использования профилей давления для определения от1 ольной прочности сопряжено с еще одним дополнительным источником погрешности. Дело в том, что все способы измерения давления являются вторичными и основаны на эмпирических калибровочных зависимостях, которые всегда известны с ограниченной точностью. [c.158] Динамика области разрушения в опытах с преградами может иметь некоторые специфические особенности связанные с действием противодавления со стороны преграды. Этот эффект, наиболее существенный в случае малопрочной среды, рассматривается в следующем разделе на примере кавитации в жидкости. [c.159] Вернуться к основной статье