Динамическое деформирование некоторых хрупких структурно-неоднородных материалов

• Автор: Деменко, Павел Васильевич
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Глава I. Испытания хрупких материалов при различных скоростях деформации
1.1 Средства динамических испытаний
1.1.1. Нагружающие устройства
1.1.2 Средства регистрации
1.2. Методы динамических испытаний
1.2.1 Копровые испытания
1.2.2. Методика Кольского с использованием разрезного стрежня Гопкинсона
1.2.3 Метод откола в стержнях
1.3 Результаты динамических испытаний хрупких материалов
1.3.1. Керамика
1.3.2. Бетон
1.3.3 Обзор моделей, описывающих поведение бетона при динамическом нагружении
Выводы к главе
Глава 2. Метод Кольского с использованием разрезного стержня Гопкинсона и его модификации
2.1 Основные положения метода Кольского
2.2. Вывод основных соотношений метода РСГ
2.3. Экспериментальная установка
2.3.1. Схема экспериментальной установки
2.3.3 Разрезные стержни и применяемые ударники
2.3.4. Измеритель скорости удара
2.3.5. Регистрация импульсов деформации в стержнях
2.4. Модификации метода РСГ
2.4.1. Схема динамических испытаний на раскалывание
2.4.2. Модифицированный метод РСГ для определения параметров сдвиговой прочности
2.4.3. Испытания с дополнительными циклами нагружения
Выводы к главе 2:
Глава 3. Автоматизация обработки результатов экспериментов
3.1 Ввод экспериментальной информации
3.2 Обработка экспериментальной информации
3.2.1 Редактирование исходных импульсов
3.2.2 Синхронизация импульсов
3.2.3 Построение диаграммы деформирования
3.2.4. Описатель эксперимента
3.2.5 Совместный вывод нескольких диаграмм
3.2.6 Сохранение обработанных данных
Выводы к главе
Глава 4. Изучение влияния скорости деформации на механические свойства ряда хрупких материалов
4.1 Бетон
4.1.1 Подготовка образцов и проведение испытаний
4.1.2 Результаты испытания бетона
4.2 Расчетно-экспериментальный анализ ударного взаимодействия конического бойка с бетонной преградой
% 4.2.1 Основные соотношения модели деформирования и разрушения бетона и
некоторых скальных пород
4.2.2 Методика обращенного эксперимента
4.2.3 Сравнение данных обращенного эксперимента с результатами численного моделирования
4.3 Влияние скорости деформации на динамическую прочность кирпича
4.3.1 Керамический кирпич
4.3.2 Силикатный кирпич
4.4 Исследование динамических свойств керамики и бетона на основе диоксида циркония
4.4.1. Испытуемые материалы и образцы
<4 4.4.2. Результаты испытаний диоксидциркониеовой керамики
4.4.2.1. Статические режимы нагружения
4.4.2.2. Результаты динамических испытаний керамики
Выводы к главе
Выводы по работе
Литература

Актуальность темы. Во всех отраслях техники применяются конструкции, выполненные из пластичных, а также и из хрупких материалов. Конструкции в процессе эксплуатации могут подвергаться динамическому нагружению как в процессе нормальной работы, так и в случае аварийных ситуаций. Знание поведения материала под действием динамического нагружения позволяет точнее и рациональнее проектировать конструкции, а также анализировать поведение конструкции при высокоскоростном деформировании.
В наше время актуально стоит проблема соударения движущихся механизмов с неподвижными конструкциями, выполненными, как правило, из хрупких строительных материалов, таких как бетон, кирпич. Примером такого взаимодействия может быть падение или соударение с преградой контейнеров для перевозок радиоактивных, взрывчатых и токсичных материалов, различных машин для их перевозки, авиа- и автотранспорта для перевозки людей и грузов. Основная задача проектирования контейнеров - это сохранение прочности и герметичности при возникновении внештатной ситуации техногенного или антропогенного характера. Основная задача для автомобилестроения - сохранение жизни людей в подобной ситуации. Для достоверного анализа напряженно-деформированного состояния вышеописанных конструкций в условиях подобных воздействий необходимы данные о свойствах не только корпусных металлических и используемых в контейнерах демпфирующих материалов, но также знание динамических свойств тех сред, с которыми контейнер может взаимодействовать (грунты, бетоны, асфальтобетон и т.д.). Большое внимание этой проблеме уделяется не только в нашей стране, но и во всем мире.
В настоящее время больших успехов достигло и продолжают развиваться численные методы решения различных задач упругопластического импульсного деформирования твердых тел и конструкций. Вычислительные модели в состоянии описывать сложное поведение материалов с учетом деформационного упрочнения, влияния скорости деформации, деформационной анизотропии и т.д. Для оснащения или проверки предложенных моделей необходимы экспериментальные данные, получать которые помогают различные методики определения динамических свойств материалов при различных скоростях нагружения.
Известны многочисленные данные о поведение материалов при высоких скоростях нагружения, однако многие из них являются неполными, не все в них бесспорно, а также данные полученные для одного и того же материала разными авторами часто
где Е и А - соответственно модуль Юнга и площадь поперечного сечения о Р,(1) + Р2(1)
стержней. Средняя сила равна Р = —— ———, отсюда среднее значение напряжения в
образце:
ст5 (0=7“ = -^7 [є1 (0 + Є а (г) + ет (о] 2Ас
(2.3)
Здесь Ад представляет собой исходную площадь сечения образца. Как уже было отмечено, напряженное состояние образца ввиду малости его длины и большой длительности падающего импульса практически однородно, поэтому с достаточной точностью можно считать, что силы на торцах образца равны. Отсюда следует, что
81(1) + 8К0) = 8Т(г) (2.4)
Подставив это выражение в (2.1), (2.2) и (2.3), получим более простые выражения для вычислений напряжения деформации и скорости деформации в образце, которые наиболее часто используются на практике:

<т5(1) = ^вт(1) 8|(1)—^Гв*(1).А є5(1) = -^.єк(і) (2.5)
Ад п
П Т / I
Переписав равенство (2.4) в виде 8 (1) = е (н-е (1) и подставив в (2.5), получим еще один набор формул для подсчета напряжения и деформации образца. В обобщенном виде набор формул записать можно следующим образом [120]:
ОР * /I 1
е5(1) = -рк(1)-Л ё5(1) = -р.е,(1) сг,(1)=—е2(0 (2.6)
Ко 0 Ад
Здесь вместо зависимостей е^) и е2(0 может быть подставлено одно из трех выражений соответственно:

для вычисления деформации: для вычисления напряжения:
є 1 (0 - Є1 (О - Є К 0) - 8Т (0 є2(0 = єІ(1) + єк(1) + єт(0
є,(1) = 2-(є'(1)-ет(1)) є2(1) = 2-(є,(0 + єк(і)) (2.7)
8,(1) = -2-8К(1) 82(і) = 2єт(і)
Таким образом, имеется возможность определения напряжений и деформаций в образце с использованием любых двух или всех трех импульсов в стержнях (всего 9 наборов формул). С одной стороны это удобно, когда по каким либо причинам не удалось достоверно зарегистрировать один из импульсов, а с другой стороны при наличии всех