А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Високошвидкісне випробування

Високошвидкісні випробування, призначені для вивчення поведінки матеріалів при високих швидкостях деформації, мають місце при ударному і вибуховому додатку навантаження, на фронті пружно-пластичних і ударних хвиль. Для випробування застосовуються спеціальні схеми навантаження з використанням енергії удару[116, 136, 151, 345, 379, 382], Рідше - вибуху[39, 328], Енергії електромагнітного поля[40]і інших імпульсних джерел енергії.

при високошвидкісних випробуваннях використовуються звичайні методи випробувань на розтяг, стиск, зсув і кручення, а також спеціальні види випробувань: метод розрізного стрижня Гопкинсон і метод динамічної роздачі тонких кілець. Перевагами останніх методів є: зниження впливу пружно хвиль, і більш висока однорідність деформації по довжині і перетину зразка.

При проведенні високошвидкісних випробувань вплив імпульсного навантаження створює в зразку не тільки неоднорідне напружений стан, а й неоднорідні температурні поля і упругопластические хвилі навантаження-розвантаження.

Необхідність в високошвидкісних випробуваннях відчувалася досить давно, коли було виявлено, що механічні властивості полімерів залежать від режиму навантаження. У той час і були запропоновані випробування на ударну міцність по Изоду.

У цих високошвидкісних випробуваннях час, необхідне для руйнування зразків, було близько 00001 сек.
 Необхідність в високошвидкісних випробуваннях відчувалася досить давно, коли було виявлено, що механічні властивості полімерів залежать від режиму навантаження. У той час і були запропоновані випробування на ударну міцність по Изоду.

Схема випробувань за методом динамічної роздачі тонких кілець. /- Зразок. 2 - контейнер. 3 - плунжер. 4 - робоча рідина. 5 - мембранний датчик. Значну складність представляє реєстрація параметрів високошвидкісних випробувань: зусилля і деформації зразка. Для вимірювання зусилля застосовують тензо - або п'єзоелектричні датчики, для вимірювання деформації - фотодатчики, лазерні пристрої або безконтактні скловолокнисті датчики.

Схема випробувань за методом динамічної роздачі тонких кілець. /- Зразок. 2 - контейнер. 3 - плунжер. 4 - робоча рідина. 5 - мембранний датчик. Ще більш складний характер навантаження характерний для високошвидкісних випробувань на розтяг, тому важливе значення має правильний вибір форми зразків. При високошвидкісних випробуваннях застосування стандартних пропорційних зразків неминуче призводить до значних методичним похибок і деформація локалізується поблизу активного захоплення.

Ударна міцність полімерів часто корелює з пло-дцадью під кривою напруга-деформація при високошвидкісних випробуваннях на розтягнення.

Схема випробувань за методом динамічної роздачі тонких кілець. /- Зразок. 2 - контейнер. 3 - плунжер. 4 - робоча рідина. 5 - мембранний датчик. У роботах Г. В. Степанова[119-121]дано обгрунтування методики вибору розмірів круглих і плоских зразків для високошвидкісних випробувань на розтяг в залежності від швидкості навантаження. Найбільш точна реєстрація зусилля розтягування забезпечується використанням зразка, виготовленого заодно з динамометричної частиною, довжина якої визначається ефектом упругопластической хвилі при випробуваннях.

Обертання основних валів може бути передано на проміжний вал або ремінною передачею, що забезпечує зниження передавального відносини (2 5: 1) при проведенні високошвидкісних випробувань, або потрійний ланцюгом, що дозволяє підвищити передавальне відношення (1: 3) в разі виконання високонагрузочних випробувань при малій швидкості.

Подібні ж результати спостерігалися в так званих тривалих випробуваннях, при яких глазуровані і кеглазірован-ні порцелянові стрижні кругового перетину руйнувалися шляхом навантаження протягом декількох місяців постійним изгибающим моментом. Високошвидкісні випробування на розрив свідчать також про те, що, всупереч звичайному уявленню, фарфор виявляється міцнішим під ударним навантаженням, ніж при повільному її додатку.

Специфічна особливість процесів високошвидкісного навантаження полягає в складному характері навантаження і вплив часу навантаження. При високошвидкісних випробуваннях усунення ефектів поздовжньої інерції в зразку досягають тільки при випробуванні з постійною швидкістю деформування - відносного руху торців зразка. При такому законі навантаження кожне перетин зразка рухається з постійною швидкістю, лінійно зростають від закріпленого кінця зразка до навантажувати, до моменту локалізації деформації, наприклад в шийці на робочої частини при розтягуванні. При швидкостях деформації понад 5Х X 104 з 1 забезпечення необхідної однорідності деформування зразка надзвичайно ускладнене. Тому для вивчення поведінки матеріалу використовують аналіз закономірностей неоднорідного деформування при поширенні упругопластических хвиль в стрижнях і плитах.

Специфічна особливість процесів високошвидкісного навантаження полягає в складному характері навантаження і вплив часу навантаження. При високошвидкісних випробуваннях усунення ефектів поздовжньої інерції в зразку досягають тільки при випробуванні з постійною швидкістю деформування - відносного руху торців зразка. При такому законі навантаження кожне перетин зразка рухається з постійною швидкістю, лінійно зростають від закріпленого кінця зразка до навантажувати, до моменту локалізації деформації, наприклад в шийці на робочої частини при розтягуванні. При швидкостях деформації понад 5Х X 10 з забезпечення необхідної однорідності деформування зразка надзвичайно ускладнене. Тому для вивчення поведінки матеріалу використовують аналіз закономірностей неоднорідного деформування при поширенні упругопластических хвиль в стрижнях і плитах. 
Схема випробувань за методом динамічної роздачі тонких кілець. /- Зразок. 2 - контейнер. 3 - плунжер. 4 - робоча рідина. 5 - мембранний датчик. Ще більш складний характер навантаження характерний для високошвидкісних випробувань на розтяг, тому важливе значення має правильний вибір форми зразків. При високошвидкісних випробуваннях застосування стандартних пропорційних зразків неминуче призводить до значних методичним похибок і деформація локалізується поблизу активного захоплення.

Час і ступінь вирівнювання напружень по довжині зразка визначаються частотою взаємодії хвиль, обернено пропорційній довжині зразка. При високошвидкісних випробуваннях вирівнювання напружень по довжині робочої частини зразка вимагає певного часу, який можна порівняти з часом випробування. З підвищенням швидкості деформування цей час становить все більшу частину часу випробування при незмінній довжині зразка. З цієї причини для високошвидкісних випробувань неприйнятні пропорційні зразки, прийняті для статичних випробувань. Їх застосування призводить до локалізації деформації і руйнування поблизу навантажувати кінця при досягненні так званої критичної швидкості удару[81, 129], А також до появи ряду інших аномальних ефектів, які не характеризують дійсне механічне поведінка матеріалу.

В існуючих визначеннях ударної в'язкості і в'язкості руйнування матеріалу існує деяка нечіткість. Найбільш просто при високошвидкісних випробуваннях, таких як ударні випробування по Шарпі або по Изоду, вимірюється енергія маятника, що витрачається на руйнування, або загальна площа під кривою навантаження - час, якщо випробувальний прилад забезпечений пристосуванням для запису зусиль в маятнику. Добре відомо, що митників методи дають результати, дуже чутливі до форми і розмірів зразка і зазвичай важко корелюється з поведінкою матеріалу в реальних умовах. В принципі, ці методи є першою спробою вимірювання стійкості матеріалу до зростання тріщини, а нанесення гострого надрізу в зразку - спробою виключення енергії ініціювання тріщин із загальної енергії руйнування. Надріз в зразку також обумовлює руйнування по найбільшому дефекту відомих розмірів і виключає вплив статистично розподілених дефектів в крихкому тілі.

Залежність межслоевой міцності при зсуві композиційних матеріалів з односпрямованої (1 і перехресної укладанням під кутами 0/90 (2 від швидкості ударного наванта-ня (стрілкою вказані результати статичних випробувань. У існуючих визначеннях ударної в'язкості і в'язкості руйнування матеріалу існує деяка нечіткість. Найпростіше при високошвидкісних випробуваннях, таких як ударні випробування по Шарпі або по Изоду, вимірюється енергія маятника, що витрачається на руйнування, або загальна площа під кривою навантаження - час, якщо випробувальний прилад забезпечений пристосуванням для запису зусиль в маятнику. Добре відомо, що митників методи дають результати, дуже чутливі до форми і розмірів зразка і зазвичай важко корелюється з поведінкою матеріалу в реальних умовах. В принципі, ці методи є першою спробою вимірювання стійкості матеріалу до зростання тріщини, а нанесення гострого надрізу в зразку - спробою виключення енергії ініціювання тріщин із загальної енергії руйнування. Надріз в зразку також обумовлює руйнування по найбільшому дефекту відомих розмірів і виключає вплив статистично розподілених дефектів в крихкому тілі.

По-перше, поведінка полімерного матеріалу при високошвидкісних випробуваннях - це тільки один крайній випадок в широкому спектрі його механічних властивостей, які проявляються і при повзучості, і при ударних навантаженнях. Для розуміння загальних закономірностей поведінки матеріалу в різних умовах необхідно перш за все розглянути випадок одноосного розтягу.

Сучасні удосконалення методів випробування і часте використання високошвидкісних випробувань, а також досліди на повзучість, і особливо випробування синтетичних матеріалів, роблять, проте, все більш очевидним, що швидкість деформації або пов'язана з нею швидкість програми зовнішніх навантажень істотно впливає па результати дослідів. Тому очевидно, що чисто статичні концепції не можуть привести до задовільної теорії міцності. Теорія, яка бере до уваги швидкість, необхідна як з теоретичної, так і з практичної точок зору. Наприклад, стандартні норми для м'якої сталі до останнього часу вимагали епределенія мінімуму руйнівного напруження без вказівки, зднако, швидкості, при якій повинні проводитися випробування, відомо, що менш сумлінні постачальники м'якої сталі, якщо ix продукція не досягала стандартних норм при звичайних скоро-тях, іноді вдавалися до використанню установок з підвищеною Корост, в результаті чого реєструвалася висока міцність азрушенія. Ця лазівка була закрита в останніх британських тандартам ( British Standart Specification) приписом вико-ать певну швидкість програми навантаження. Надзвичайним реді матеріалів, для яких вплив швидкості випробування чув-гвітельно, є такий матеріал, як віскоза. У віскози зняття міцності має значення тільки по відношенню до максимальної-ій швидкості деформації.

Випробування на довговічність можуть також проводитися на гладких барабанах. Випробування з покрокової навантаженням засновані на збільшенні навантаження після кожного заданого числа циклів випробування. Високошвидкісні випробування включають збільшення швидкості барабана через задані інтервали до пошкодження шини або досягнення заздалегідь заданій швидкості. Інше явище, контрольоване в високошвидкісних випробуваннях, - це формування стоячих хвиль (волнистости) на боковинах шини; це явище зазвичай передує руйнування шини.

Істотні труднощі, що виникають при дослідженнях з високими швидкостями деформації і обумовлені необхідністю збереження рівномірного деформування по довжині робочої частини зразка і одноосьовим його напруженого стану як основних умов отримання достовірної інформації в квазистатических випробуваннях, є основною причиною недостатнього обсягу наявних експериментальних даних про високошвидкісному деформування матеріалів. Невиконання цих умов при високих швидкостях деформування знижує вірогідність експериментальних результатів і може привести до кількісного та якісного спотворення залежності характеристик міцності і пластичності від швидкості деформації. Недотримання обмежень на граничні розміри робочої частини зразка (з конструктивних міркувань) обмежує результати високошвидкісних випробувань отриманням тільки якісної інформації про вплив швидкості деформування на механічні характеристики матеріалу, тим більше що навантаження реєструється по деформації динамометра в пружною хвилі з спотворенням, викликаним дисперсією хвилі при її поширенні .

Час і ступінь вирівнювання напружень по довжині зразка визначаються частотою взаємодії хвиль, обернено пропорційній довжині зразка. При високошвидкісних випробуваннях вирівнювання напружень по довжині робочої частини зразка вимагає певного часу, який можна порівняти з часом випробування. З підвищенням швидкості деформування цей час становить все більшу частину часу випробування при незмінній довжині зразка. З цієї причини для високошвидкісних випробувань неприйнятні пропорційні зразки, прийняті для статичних випробувань. Їх застосування призводить до локалізації деформації і руйнування поблизу навантажувати кінця при досягненні так званої критичної швидкості удару[81, 129], А також до появи ряду інших аномальних ефектів, які не характеризують дійсне механічне поведінка матеріалу.

Випробування на довговічність можуть також проводитися на гладких барабанах. Випробування з покрокової навантаженням засновані на збільшенні навантаження після кожного заданого числа циклів випробування. Високошвидкісні випробування включають збільшення швидкості барабана через задані інтервали до пошкодження шини або досягнення заздалегідь заданій швидкості. Інше явище, контрольоване в високошвидкісних випробуваннях, - це формування стоячих хвиль (волнистости) на боковинах шини; це явище зазвичай передує руйнування шини.

Головною проблемою при ударних випробуваннях пластмас є підбір таких умов експерименту, які б найбільш точно моделювали реальні умови роботи матеріалу. У попередньому розділі зверталася увага на те, що характер залежності напружень від деформацій на початковій ділянці в основному визначається швидкістю навантаження, його тривалістю і температурою. Взагалі кажучи, оцінки полімерів, отримані при низькошвидкісних випробуваннях, можуть абсолютно не збігатися з результатами високошвидкісних випробувань. Проте слід чітко уявляти, що поведінка матеріалу при ударних навантаженнях - це тільки крайній випадок прояву його механічних властивостей, інший крайній випадок має місце при довготривалих випробуваннях зразка на повзучість. Тому будь-яке якісне пояснення поведінки матеріалу при високошвидкісних деформаціях має узгоджуватися з результатами випробувань цього матеріалу в найширшому діапазоні тривалостей впливу.

Необхідність в високошвидкісних випробуваннях відчувалася досить давно, коли було виявлено, що механічні властивості полімерів залежать від режиму навантаження. У той час і були запропоновані випробування на ударну міцність по Изоду. Навіть коли були виявлені численні невідповідності між оцінкою матеріалу по Изоду і дійсним поведінкою при ударних навантаженнях вироби, виготовленого з цього матеріалу, дослідники найчастіше обмежувалися питанням: як пов'язати результати високошвидкісних випробувань з оцінками, що даються, наприклад, по Изоду. Тому перш за все слід зіставити метод високошвидкісного розтягування з іншими методами оцінки ударної міцності.

Теоретичні криві залежності температури зупинки тріщини від прикладеної напруги для низьковуглецевих сталей А, В, С, розкислення алюмінієм. товщина листа 20 мм (Акіда і. Шнадт полагалг що якщо при випробуваннях спостерігаються зсувні руйнування, то - матеріал ефективний для зупинки ініціювання тріщини. Автор цієї статті вважає, що це рівнозначно стійкого стану, про який йшлося вище в зв'язку з поведінкою деяких дрібних зразків . Для випробувань на можливість зупинки поширення тріщини Шнадт запропонував високошвидкісні випробування зразків з тріщиною, вважаючи, що сдвиговое руйнування в цьому випадку вказує на здатність матеріалу зупиняти поширення тріщини. Високо - і низькошвидкісні випробування можна проводити в інтервалі температур і швидкостей. При цьому найнижча температура , при якій відбувається сколюватися руйнування, приймається за критичну температуру.