О новых подходах к экспериментальным исследованиям механических свойств материалов

Автор: Олеся Павловна Королькова

Соавторы: Моссаковский Павел Александрович, Костырева Лилия Александровна, Инюхин Александр Валерьевич

Организация: НИИ Механики МГУ

Классическая теория эксперимента в механике деформированного твердого тела в подавляющем числе случаев предполагает возможность определения напряженно-деформированного состояния (НДС) в испытуемых образцах на основании простых соотношений по данным измеряемых в эксперименте силовых и кинематических параметров.  Реализация такого рода подходов предполагает, как правило, либо предположение об однородности НДС в рабочей части образца (как в случаях экспериментов на одноосное сжатие-растяжение), либо использование дополнительных кинематических гипотез (в эксперименте на кручение сплошных или толстостенных круговых образцов). Это обстоятельство существенно ограничивает область их применимости.

В настоявшее время для исследования поведения конструкций широко используются методы прямого компьютерного моделирования. Надежность получаемых при этом результатов в первую очередь определяется качеством заложенных в расчеты математических моделей материалов (определяющих соотношений и критериев разрушения). Построение адекватных математических моделей, оснащение их материальными параметрами – основная цель экспериментальных исследований в МДТТ.  Современный подход к решению задач представляет собой симбиоз натурного и вычислительного (виртуального) эксперимента с последовательным уточнение поучаемых результатов в рамках специальной процедуры.

В данной работе такого рода подход реализован для построения статических и динамических диаграмм нагружения и идентификации предельных параметров для ряда характерных авиационных сплавов в экспериментах на одноосное растяжение и простое кручение (динамических сдвиг).

Для анализа статического поведения были проведены эксперименты на растяжение (установка Zwick Z100) и на кручение сплошных круговых цилиндрических образцов. В эксперименте на растяжение приведен способ построение кривых деформирования в области неоднородного напряженно-деформированного состояния (НДС) по средствам продолжения начального участка диаграммы, где реализуется однородное НДС, в виде гладкой однопараметрической кусочно-степенной функции. При анализе эксперимента на кручение использовалась модель однородного НДС непосредственно вплоть до разрушения, достоверность которой подтверждает финальное состояние образцов.

Для исследования динамических свойств материала были проведены эксперименты на динамическое сжатие, растяжение и сдвиг с использованием метод разрезного стержня Гопкинсона (РСГ) [1]. Данные, полученные в ходе исследования, дополнялись информацией, полученной методом цифровой корреляции изображений (DIC).

В результате проведенного исследования выявлена скоростная чувствительность материалов: повышение их пределов упругости и снижение касательных модулей с ростом скорости деформаций. Также показано существенное влияние вида нагружения для некоторых материалов как на кривые нагружения, так и на величину предельной деформации.

Список литературы

1.     Kolsky H. Stress Waves in Solids. — Dover Publications, 1963. — (Dover Books on Physics). — ISBN 9780486610986.

2.     Моссаковский П. А., Костырева Л. А. О новом способе экспериментального исследования материалов на динамический сдвиг при высокоскоростном деформировании. — Проблемы прочности и пластичности. — 2018. Т. 80, № 1. С. 127–135.