Экспериментально-расчетный подход к исследованию деформационных и прочностных характеристик упруговязкопластических материалов методом прямого удара

• Автор: Баранова, Мария Сергеевна
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Состояние вопроса. Цели и задачи диссертационной работы
1.1. Математические модели упругопластического деформирования материалов .
1.2. Модели поведения упругопластических материалов, зависящих от скорости деформации
1.3. Методы численного решения задач деформирования упругопластических

1.4. Экспериментальные методики определения деформационных и прочностных свойств упруговязкопластических материалов и элементов конструкций при динамических нагружениях (на основе метода прямого удара)
1.4.1 Метод Тейлора
1.4.2 Метод Кольского и его модификации
1.4.3 Испытания на копре
1.4.4 Испытание на растяжение и получение истинных диаграмм
деформирования
1.4.5 Испытания на твердость и получение истинных диаграмм
деформирования
1.5. Экспериментально-теоретических методы изучения свойств материалов

1.6. Выводы из обзора. Цели и структура работы
2. Экспериментально-теоретический метод построения динамических диаграмм деформирования методом прямого удара на газодинамической копровой установке
2.1 Методика базовых динамических экспериментов для идентификации параметров моделей пластичности в диапазоне скоростей деформации
102-104 с'
2.2 Численные методики идентификации вязкопластических характеристик материалов на газодинамической вертикальной копровой установке при скоростях деформации 100-1000 с"
2.2.1 Одномерная модель волнового процесса в системе ударник - образец
мерный стержень
2.2.2 Методика восстановления предела текучести от скорости деформации

2.2.3 Методика восстановления волнового процесса в мерном стержне по
показаниям двух датчиков деформации
2.2.4 Определяющая система уравнений в ППП “Динамика-2”
2.3 Верификация разработанных методик
2.3.1 Верификация методики построения динамических диаграмм
деформирования
2.3.2 Верификация восстановления предела текучести от скорости деформации
2.3.3 Тестирование методики восстановления волнового процесса в мерном стержне газодинамической копровой установки по показаниям двух датчиков деформаций в одномерной постановке
2.3.4 Верификация методики восстановления волнового процесса в мерном
стержне газодинамической копровой установки по показаниям двух датчиков деформаций

2.4 Удаление осцилляций экспериментальных данных на основе преобразования
Фурье
3. Апробация разработанных методик построения динамических диаграмм деформирования материалов в натурных экспериментах при скоростях деформации до 103 с'
3.1 Восстановление динамической диаграммы деформирования Д16Т на основе показаний двух датчиков деформаций
3.2. Восстановление динамической диаграммы деформирования свинца на основе показаний двух датчиков деформаций
3.3. Восстановление динамической диаграммы деформирования пористого
материала на основе алюминиевого сплава АК
3.4 Динамическое деформирование свинцовой сферической оболочки при интенсивной механической нагрузке
3.4.1. Постановка задачи
3.4.2. Результаты численных исследований и их анализ
4. Экспериментальное и численное исследование процесса деформирования при растяжении образцов колпачкового типа на вертикальной газодинамической установке
4.1. Исследование одномерных волновых процессов в стержне и трубе
4.2. Экспериментальное и численное исследование процесса деформирования при растяжении образцов колпачкового типа на вертикальной газодинамической установке
4.3. Исследование влияния геометрических параметров газодинамической копровой установки на процесс растяжения
4.4. Влияние формы ударника на процесс ударного растяжения образцов колпачкового типа
4.5. Применение одномерной модели волнового процесса для восстановления экспериментальных параметров нагружения и деформирования образцов колпачкового типа
4.6. Верификация методики
4.7. Исследование напряженно-деформированного состояния в образце колпачкового типа
Заключение
Список литературы

Введение
Исследование поведения металлов и сплавов при интенсивных импульсных нагрузках представляет большой научный и практический интерес в связи с развитием ряда областей техники, с разработкой и внедрением в промышленность новых технологических приемов обработки материалов, а так же с развитием численного моделирования динамических задач механики деформируемого твердого тела. Для определения параметров вычислительных моделей, описывающих сложное поведение материалов с учетом деформационного упрочнения, влияния скорости деформации, эффекта Баушингера, температурных условий и т.д., и их верификации необходимы экспериментальные данные испытаний материалов в широких диапазонах скоростей деформации и температур и методики, позволяющие численно моделировать подобные процессы. В последнее время для интерпретации результатов экспериментов все чаще используются пакеты численного моделирования поведения конструкции под действием ударных нагрузок. Это позволяет повысить информативность и сократить количество дорогостоящих экспериментов.
Полученные результаты исследований по динамическому испытанию материалов найдут применение в НИИ и лабораториях, занимающихся исследованием свойств материалов и расчетами на прочность, при проектировании технологических процессов ковки на молотах, при определение основных закономерностей и параметров ударного нагружения.

Различными авторами были предложены модификации подхода Тейбора -Джонсона, связанные с определением эффективной упруго-пластической деформации под индентором.
Ишибаши и Шимода [242, 243] предложили скорректировать предложенную Тейбором зависимость, заменив в ней диаметр индентора на диаметр кривизны лунки. На основании экспериментальных данных авторы показывают, что таким образом можно отстроиться от влияния упругих свойств индентора на результаты испытаний. Кривизну лунки авторы определяют расчетным методом. При этом делаются два предположения: при разгрузке контакт индентора и образца
описывается теорией Герца, диаметр лунки не изменяется в ходе разгрузки. Эти допущения обоснованы для малых деформаций, характерных для переходного режима нагружения и начала пластического режима, но именно в этой области поправки можно считать значимыми. Использование предложенных поправок позволяет скорректировать результаты индеитирования в твердые материалы. Для более мягких материалов эти поправки не столь значимы.
Другая форма коррекции определения эффективной пластической деформации под индентором была предложена Фрэнсисом [240]. Он предложил определять ее через отношение глубины и базового радиуса сегмента материала выдавленного индентором. Это делается для того, чтобы привести к единому знаменателю данные, полученные для материалов, характеризующихся образованием наплыва при индентировании и материалы, характеризующиеся образованием прогиба. Для материалов, характеризующихся малыми значениями наплыва/прогиба такое определение практически совпадает с определением Тейбора.
Альтернативное определение эффективной пластической деформации под индентором было предложено Марковцом [233]. Предложено определять ее как относительное приращение площади поверхности при образовании лунки. Такое определение является логически более обоснованным, но оно не согласуется с зависимостями, полученными Тейбором на основе большого экспериментального материала.
Методика, предложенная Марковцом [233] и развитая в работах [244, 245] предоставляет процедуру' определения предела текучести и предела прочности испытуемого материала. Утверждается, что значение деформаций равное 0.