Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций на поперечный сдвиг
Кратко описана экспериментальная методика оценки энергии, затраченной на разрушение тонкой пластины с круговым контуром защемления при поперечном сдвиге, вызванном ударным нагружением тела с плоским торцом. Приведены результаты испытаний образцов двух металлических материалов (мягкая сталь толщиной...
Gespeichert in:
| Datum: | 2001 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2001
|
| Schriftenreihe: | Проблемы прочности |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46668 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций на поперечный сдвиг / Г.В. Степанов, В.И. Зубов, А.Н. Олисов, Я.Р. Клепачко // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 19-28. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-46668 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-466682013-07-06T08:29:58Z Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций на поперечный сдвиг Степанов, Г.В. Зубов, В.И. Олисов, А.Н. Клепачко, Я.Р. Научно-технический раздел Кратко описана экспериментальная методика оценки энергии, затраченной на разрушение тонкой пластины с круговым контуром защемления при поперечном сдвиге, вызванном ударным нагружением тела с плоским торцом. Приведены результаты испытаний образцов двух металлических материалов (мягкая сталь толщиной δ = 1,0 мм и алюминиевый сплав Д16Т, δ = 0,75 мм) и ударостойкого композиционного материала РА6, δ = 2,0 мм. На основе анализа экспериментальных и расчетных данных напряженно-деформированного состояния материалов (в пределах кольцевой области между круговыми контурами защемления и поверхности нагружения) показана качественная связь энергоемкости разрушения с характеристиками динамической прочности и пластичности. Результаты испытаний позволяют сравнить различные материалы по энергоемкости их разрушения при ударном нагружении. Удельная работа деформирования при сдвиге полнее характеризует энергоемкость разрушения, чем определенная при прогибе, вызванном движением тела со сферической поверхностью, и применима в расширенном диапазоне скоростей ударного нагружения. Коротко описано експериментальну методику оцінки энерги, затраченої на руйнування тонкої пластини з круговим контуром затиснення при поперечному зсуві, що викликаний ударним навантаженням тіла з плоским торцем. Наведено результати випробувань зразків двох металевих матеріалів (м’яка сталь товщиною δ = 1,0 мм і алюмінієвий сплав Д16Т, δ = 0,75 мм) та ударостійкого композиційного матеріалу РА6, δ = 2,0 мм. На основі аналізу експериментальних і розрахункових даних напружено- деформованого стану матеріалів (у межах кільцевої області між круговими контурами затиснення та поверхні навантаження) показано якісний зв’язок енергоємності руйнування з характеристиками динамічної міцності і пластичності. Результати досліджень дозволяють порівняти різні матеріали за енергоємністю їх руйнування при ударному навантаженні. Ця величина повніше характеризує енергоємність руйнування, аніж визначена при прогині внаслідок руху тіла зі сферичною поверхнею, і може використовуватися в розширеному діапазоні швидкостей ударного навантаження. An experimental procedure for evaluating energy spent to fracture a thin plate with a circumferential contour of clamping in lateral shear caused by impact loading of a body with a flat end is briefly described. Results of testing specimens from two metallic materials (mild steel δ = 1.0 mm thick and a D16T aluminum alloy δ = 0.75 mm thick) and an RA6 shock-resistant composite material δ = 2.0 mm thick are presented. On the basis of analysis of experimental and calculated data for stress-strain states of materials (within the circular area between circumferential contours of clamping and a surface of loading) qualitative relation between the energy spent for fracture and characteristics of dynamic strength and plasticity is shown. Test results permit comparing various materials in energy spent to fracture them under impact loading. The energy spent for fracture is characterized more adequately by the specific work of deformation in shear than by that obtained in deflection caused by the motion of a body with a spherical surface, and is applicable over an extended range of impact loading. 2001 Article Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций на поперечный сдвиг / Г.В. Степанов, В.И. Зубов, А.Н. Олисов, Я.Р. Клепачко // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 19-28. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46668 539.4 ru Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел |
| spellingShingle |
Научно-технический раздел Научно-технический раздел Степанов, Г.В. Зубов, В.И. Олисов, А.Н. Клепачко, Я.Р. Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций на поперечный сдвиг Проблемы прочности |
| description |
Кратко описана экспериментальная методика оценки энергии, затраченной на разрушение тонкой пластины с круговым контуром защемления при поперечном сдвиге, вызванном ударным нагружением тела с плоским торцом. Приведены результаты испытаний образцов двух металлических материалов (мягкая сталь толщиной δ = 1,0 мм и алюминиевый сплав Д16Т, δ = 0,75 мм) и ударостойкого композиционного материала РА6, δ = 2,0 мм. На основе анализа экспериментальных и расчетных данных напряженно-деформированного состояния материалов (в пределах кольцевой области между круговыми контурами защемления и поверхности нагружения) показана качественная связь энергоемкости разрушения с характеристиками динамической прочности и пластичности. Результаты испытаний позволяют сравнить различные материалы по энергоемкости их разрушения при ударном нагружении. Удельная работа деформирования при сдвиге полнее характеризует энергоемкость разрушения, чем определенная при прогибе, вызванном движением тела со сферической поверхностью, и применима в расширенном диапазоне скоростей ударного нагружения. |
| format |
Article |
| author |
Степанов, Г.В. Зубов, В.И. Олисов, А.Н. Клепачко, Я.Р. |
| author_facet |
Степанов, Г.В. Зубов, В.И. Олисов, А.Н. Клепачко, Я.Р. |
| author_sort |
Степанов, Г.В. |
| title |
Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций на поперечный сдвиг |
| title_short |
Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций на поперечный сдвиг |
| title_full |
Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций на поперечный сдвиг |
| title_fullStr |
Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций на поперечный сдвиг |
| title_full_unstemmed |
Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций на поперечный сдвиг |
| title_sort |
испытание материалов тонколистовых элементов конструкций на поперечный сдвиг |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2001 |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46668 |
| citation_txt |
Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций
на поперечный сдвиг / Г.В. Степанов, В.И. Зубов, А.Н. Олисов, Я.Р. Клепачко // Проблемы прочности. — 2001. — № 5. — С. 19-28. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT stepanovgv ispytaniematerialovtonkolistovyhélementovkonstrukcijnapoperečnyjsdvig AT zubovvi ispytaniematerialovtonkolistovyhélementovkonstrukcijnapoperečnyjsdvig AT olisovan ispytaniematerialovtonkolistovyhélementovkonstrukcijnapoperečnyjsdvig AT klepačkoâr ispytaniematerialovtonkolistovyhélementovkonstrukcijnapoperečnyjsdvig |
| first_indexed |
2025-07-04T06:05:57Z |
| last_indexed |
2025-07-04T06:05:57Z |
| _version_ |
1836695325014753280 |
| fulltext |
УДК 539.4
Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций
на поперечный сдвиг*
Г. В. Степанова, В. И. Зубова, А. Н. О лисова, Я. Р. К лепачко6
а Институт проблем прочности НАН Украины, Киев, Украина
6 Лаборатория физики и механики материалов, Метц, Франция
Кратко описана экспериментальная методика оценки энергии, затраченной на разрушение
тонкой пластины с круговым контуром защемления при поперечном сдвиге, вызванном
ударным нагружением тела с плоским торцом. Приведены результаты испытаний образцов
двух металлических материалов (мягкая сталь толщиной 8 = 1,0 мм и алюминиевый сплав
Д16Т, 8 = 0,75 мм) и ударостойкого композиционного материала РА6, 8 = 2,0 мм. На основе
анализа экспериментальных и расчетных данных напряженно-деформированного состояния
материалов (в пределах кольцевой области между круговыми контурами защемления и
поверхности нагружения) показана качественная связь энергоемкости разрушения с харак
теристиками динамической прочности и пластичности. Результаты испытаний позволяют
сравнить различные материалы по энергоемкости их разрушения при ударном нагружении.
Удельная работа деформирования при сдвиге полнее характеризует энергоемкость разру
шения, чем определенная при прогибе, вызванном движением тела со сферической поверх
ностью, и применима в расширенном диапазоне скоростей ударного нагружения.
К лю ч е вы е с л о в а : тонкая пластина, поперечный сдвиг, энергоемкость, разру
шение, ударное нагружение, прочность.
Введение. При изготовлении тонколистовых корпусных элементов транс
портных средств широко используются металлические и композиционные
материалы. Для выбора наиболее эффективного материала и технологии его
изготовления из перечня выпускаемых промышленностью, а также надеж
ной оценки прочности материалов (в частности, композиционных) при удар
ном нагружении необходимо располагать экспериментальными данными,
позволяющими сопоставить различные материалы по величине возможного
поглощения энергии, затрачиваемой на деформирование (разрушение) при
таком нагружении.
Сопоставление различных материалов по интегральной энергоемкости
их деформирования, вызванного поперечным перемещением жесткого тела с
плоским торцом, позволяет оценить эффективность энергопоглощения мате
риала в условиях, соответствующих сдвигу. Существенно нестационарное
напряженно-деформированное состояние и волновые процессы в деформи
руемой части листового элемента при высокой скорости сдвига затрудняют
анализ процесса деформирования и ограничивают применимость такого
сопоставления диапазоном умеренных скоростей сдвига. Снижение эффек
тов, вызванных нестационарностью напряженного состояния и волновыми
процессами, при ограничении объема деформированного материала кольце
вой областью позволяет использовать результаты экспериментов для сравни
тельной оценки энергоемкости деформирования материалов в широком диа
пазоне скоростей ударного нагружения.
* Работа выполнена по программе ШТЛ5-96-2141.
© Г. В. СТЕПАНОВ, В. И. ЗУБОВ, А. Н. ОЛИСОВ, Я. Р. КЛЕПАЧКО, 2001
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 19
Г. В. Степанов, В. И. Зубов, А. Н. Олисов, Я. Р. Клепачко
В данном сообщении приведены результаты испытаний на сдвиг при
статическом и ударном нагружении тонких пластин из мягкой стали, алю
миниевого сплава Д16Т и композиционного материала РА6 , изготовленного
Институтом композиционных материалов (Германия).
Образцы и методики испытаний аналогичны использованным ранее
[1-3] для изучения прогиба тонких пластин (мембран) с различным конту
ром защемления при действии кратковременного давления.
Качественная связь между энергоемкостью при сдвиге и характерис
тиками динамической прочности испытанных материалов проанализирована
с использованием результатов численного моделирования динамического
сдвига тонкой пластины и результатов испытаний материалов на растя
жение [4, 5].
М етодики испытаний. Усилия сдвига регистрировали по схеме нагру
жения, аналогичной использованной при испытаниях на прогиб [3].
1
Рис. 1. Схема нагружения пластины при испытаниях на сдвиг.
Объектом испытаний на ударный сдвиг конструкционных материалов
служили пластины (образцы) в виде квадратов 70x70 мм, вырезанные из
листа. Схема ударного нагружения пластины показана на рис. 1. Образец 3
зажимали между плоскими поверхностями верхнего и нижнего фланцев 4 и
нагружали перемещением промежуточного цилиндрического пуансона
(ударника) 1 с плоским торцем. Различие диаметров пуансона и цилиндри
ческой части опоры 2 (динамометра) определяет ширину кольцевой области
пластины (Дг = (В т — Б г ) /2 ) , в которой материал подвергается значитель
ной деформации сдвига (напряженно-деформированное состояние в кольце
вой области является трехосным, однако превалирует деформация сдвига).
Усредненная по объему деформация сдвига у и средняя скорость дефор
мации сдвига у ’ ( у ’= V / Дг) при заданной скорости V движения пуансона и
его смещении Д х к моменту разрушения позволяют определить предель
ную деформацию у у :
у у = Д х / Дг. ( 1)
4
3
6
2
5
20 ISSN 0556-Н1Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций
Нагрузку на пластину при ударном нагружении находили по упругой
деформации динамометра. Деформацию регистрировали с использованием
проволочных тензодатчиков 6, наклеенных на наружной поверхности ци
линдра-динамометра 2 , расположенного на основании 5.
Испытания при статическом нагружении проводили на стандартной
испытательной машине ИР 5047-50 с графической записью диаграмм на
грузка Р - время г и диаграмм деформация в динамометрической части
опоры - время г. Последнюю диаграмму записывали в блок памяти
цифрового осциллографа и в дальнейшем обрабатывали с использованием
пакета прикладных программ БХСБЬ-97. Схема обработки зарегистриро
ванных диаграмм аналогична приведенной в работе [3].
При выбранных размерах динамометра (высота кольцевой части I =
= 12,5 мм) в нем обеспечивается близкое к однородному напряженно-дефор
мированное состояние при длительности нарастания нагрузки г 1 > > 21 / с о =
= 5 мкс (со - скорость распространения упругой продольной волны), что
удовлетворено в проведенных испытаниях. Волновые процессы в кольцевой
деформируемой сдвигом области пластины не могут оказать существенного
влияния на ее напряженно-деформированное состояние. Ввиду большой
длительности нарастания нагрузки до максимальной величины в прове
денных испытаниях при ударном нагружении отклонение напряженно-
деформированного состояния от квазистатического в деформируемой части
пластины и в динамометре мало и при анализе экспериментальных данных
не учитывалось.
При высокой скорости ударного нагружения использовали трубчатый
динамометр с увеличенной длиной (100 мм), что позволяет регистрировать
деформацию в прямой продольной волне в течение ~ 40 мкс (до прихода к
тензодатчику волны, отраженной от опорной поверхности динамометра).
Энергоемкость разруш ения защемленной по круговому контуру
тонкой пластины при ударном нагружении. При ударном нагружении со
скоростью до 5 м/с испытания проводили на вертикальном копре [6]. На
грузка на пластину создавалась ударом свободно падающей тяжелой массы.
Для ударного сдвига со скоростью выше 10 м/с использовали удар по
пуансону (промежуточный стержень) бойка, который разгоняли до требу
емой скорости по каналу ствола (калибр 64 мм) пневматического копра [6].
Схема регистрации диаграммы упругая деформация динамометра е ^ -
время г идентична использованной при статическом нагружении. Экспери
ментальная тарировка динамометра проведена по результатам статического
нагружения пластин.
Характерные диаграммы нагрузка Р - время г при статическом и
ударном нагружении и результаты их анализа представлены на рис. 2 и в
таблице.
Поперечную нагрузку Р на пластину рассчитывали по регистрируемой
деформации динамометра е Л, где Р = ке ̂ (к - коэффициент пропорци
ональности, определенный по калибровочной зависимости нагрузка-дефор
мация, полученной при статическом нагружении и проверенной при удар
ном нагружении [3]).
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 21
Г. В. Степанов, В. И. Зубов, А. Н. Олисов, Я. Р. Клепачко
Основные результаты испытаний пластин на сдвиг
Материал Толщина
д, мм
Скорость
нагружающей
массы
У0, м/с
Начальная
скорость
прогиба
у, м/с
Макси
мальная
нагрузка
Ршах, кН
Удельная работа
деформирования
и разрушения
Ат , кДж/кг
Мягкая сталь 1,00 5,33-10-5 5,33-10-5 27,5 145,3
4,95 4,89 28,2 25,4
120 50,40 32,7 23,6
Сплав Д16Т 0,75 5,33-10-5 5,33-10-5 17,8 53,1
4,93 4,86 14,8 21,1
139 58,40 14,0 34,1
Композиционный
материал РА6
2,00 5,33-10-5 5,33-10-5 32,4 141,9
4,93 4,88 28,5 54,7
108 45,10 21,0 38,4
Р, кН
15
10
0 _
10ОО 2000 МКС
в
а
б г
д
Рис. 2. Характерные диаграммы нагрузка Р - время ї: а - статическое (1 - мягкая сталь, 2 -
алюминиевый сплав Д16Т, 3 - композиционный материал РА6); б, в - динамическое
(у ~ 5 м/с), соответственно мягкая сталь, алюминиевый сплав Д16Т; г, д - то же (у ~ 50 м/с),
соответственно мягкая сталь, композиционный материал РА6.
22 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций
Анализ результатов испытаний. К вазист ат ическое нагруж ение. В
этом случае диаграмма нагрузка-время (деформация-время) характеризу
ется монотонным ростом нагрузки во времени до максимальной величины и
ее быстрым спадом при развитии разрушения (рис. 2).
Принимая скорость движения нагружающего стержня V постоянной
(упругими деформациями элементов машины пренебрегаем), регистрируемую
диаграмму нагрузка Р - время г можно рассматривать как диаграмму
нагрузка Р - сдвиг (смещение) И с измененным масштабом по оси абсцисс.
Полная А и удельная А т (на единицу массы испытуемого материала)
работа деформирования и разрушения материала при сдвиге определяется
выражениями:
где 8 и р - толщина и плотность испытуемого материала; В и d -
внутренний диаметр контура защемления и диаметр границы нагружения.
Удельная работа деформирования и разрушения А т характеризует
энергоемкость, что позволяет по этой характеристике сравнивать различие
материалов при изготовлении тонколистовых элементов конструкций.
У дарное нагруж ение. При ударном нагружении регистрируемая диа
грамма нагрузка Р - время г (рис. 2) характеризует процесс роста попе
речного сдвига центральной части материала пластины относительно за
щемленного контура со скоростью, равной скорости движения нагружа
ющего пуансона V. При испытаниях на вертикальном копре начальную
скорость сдвига рассчитывали по скорости падающей тяжелой массы не
посредственно перед соударением: Vо = -\J2gH , при испытаниях на пневма
тическом копре - по измеренной скорости бойка перед соударением Vо.
Исходя из условия неупругого соударения бойка массой М с переда
ющим стержнем массой т скорость сдвига
Работу деформирования материала пластины при ударном нагружении
определяли по ранее приведенной методике [3].
Разрушение композиционного материала сопровождается его рассло
ением и разрыхлением - нарушением связи волокон со связующим в коль
цевой области интенсивных деформаций общей шириной около 2-3 мм.
На рис. 3 сопоставлены диаграммы нагрузка Р - сдвиг И при стати
ческом и динамическом нагружении испытуемых материалов. При сдвиге,
вызванном ударным нагружением, уровень максимальной нагрузки выше
для пластины из мягкой стали, а величина сдвига ниже, чем при статическом
нагружении. Отличительной чертой поведения композиционного материала
(2)
А
А
т р п 8 ( В 2 - d 2) / 4 '
(3)
М
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 23
Г. В. Степанов, В. И. Зубов, А. Н. Олисов, Я. Р. Клепачко
РА6 является падение уровня максимальной нагрузки и величины сдвига
при ударном (динамическом) нагружении. Снижение остаточных деформа
ций сдвига в области защемления свидетельствует, что основная часть
работы сил давления на пластину при ударном нагружении затрачена на
деформирование и разрушение материала в области, ограниченной конту
ром защемления.
/ ..... /
1...... .... 1-̂ \
Динамика
---
1
С / ' >?
г х
сбатика
У
1
А
/
О 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 Н, м
Рис. 3. Диаграммы нагрузка Р - сдвиг Н при статическом и динамическом (V ~ 50 м/с)
нагружении мягкой стали (1) и композиционного материала РА6 (2).
Для сравнения энергоемкостей различных материалов при сдвиге про
ведены испытания на поперечный сдвиг пластин из листовой мягкой стали,
алюминиевого сплава Д16Т и композиционного материала РА6 . Основные
результаты испытаний приведены в таблице.
При статическом нагружении пластин из мягкой стали и алюминиевого
сплава Д16Т нагрузка монотонно повышается до максимальной величины,
по достижении которой следует быстрый ее спад, вызванный разрушением.
В композиционном материале полному разрушению предшествует короткий
участок спада нагрузки.
В случае ударного нагружения стальной пластины после быстрого
подъема нагрузки следует участок пластического течения с малым изме
нением ее уровня (рис. 2 ,б,г), в то время как при ударном нагружении
пластин из алюминиевого сплава со скоростью около 5 м/с после повы
шения нагрузки до максимальной величины наблюдается участок спада
значительной длительности. При испытаниях с более высокой скоростью
ударного нагружения этих материалов заметны осцилляции нагрузки на
участках ее роста и спада.
Изменение удельного поглощения энергии при деформировании мате
риалов до разрушения в зависимости от поперечного смещения нагружа
ющего стержня приведено на рис. 4. При статическом нагружении макси
мальная удельная энергия деформации имеет место непосредственно перед
быстрым разрушением (на рис. 4,а кривые 1-3 ). Как видно, удельная работа
деформирования до разрушения испытанного композиционного материала
намного выше, чем стали и алюминиевого сплава, однако эти энергии
соответствуют различным значениям поперечного смещения.
24 НЗЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций
Ат, кДж
200
150
100
50
0
О 0,002 0,004 0,006 Ь,м
а
Ащ кДж
60
40
20
О
О 0,002 0,004 К и
б
в
Рис. 4. Зависимость удельной работы деформирования от величины сдвига для пластин из
мягкой стали (1), алюминиевого сплава Д16Т (2) и композиционного материала РА6 (3) при
статическом (а) и ударном нагружении со скоростью V ~ 5 м/с (б) и 50 м/с (в). (Точки на
кривых соответствуют максимальному уровню нагрузки.)
При ударном нагружении удельная работа деформирования компози
ционного материала снижается до уровня энергии для алюминиевого сплава,
мало изменяющейся при переходе от статического к ударному нагружению.
Энергия ударного деформирования к моменту достижения максимальной
нагрузки (на рис. 4,б,в точки) значительно ниже полной энергии деформи
рования и разрушения.
Сопоставление данных по удельной энергоемкости деформирования до
разрушения показывает, что композиционный материал имеет преимущест
во перед высокопрочным алюминиевым сплавом при статическом нагруже
нии.
Разрушение композиционного материала при сдвиге связано с его раз
рыхлением и повреждением в кольцевой области, соответствующей зазору
между матрицей и ударником, а также с возникновением в волокнах пре
дельной деформации и разрыхления, без существенного распространения
области повреждения материала за пределы этой области.
0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 25
Г. В. Степанов, В. И. Зубов, А. Н. Олисов, Я. Р. Клепачко
Компьютерное моделирование поперечного сдвига в тонкой
пластине при ударном нагружении. Компьютерное моделирование
напряженно-деформированного состояния в пластине толщиной 2 мм из
композиционного материала РА6 (защемлена по круговому контуру диа
метром 40 мм) при поперечном сдвиге с постоянной скоростью 50 м/с,
заданной на круговом контуре (диаметр 36 мм) нагружающего бойка с
плоским торцом, осуществляли методом конечных элементов. Для расчетов
использовали пакет прикладных программ ИМПРО [7]. Поведение мате
риала описывали упруговязкопластической моделью.
Поле деформаций в пластине характеризуется существенно неоднород
ным трехмерным напряженно-деформированным состоянием. Вклад напря
жений сдвига в срединной плоскости пластины наибольший при малых
деформациях. Прогиб центральной части пластины приводит к тому, что она
не прилегает к поверхности торца нагружающего стержня, а нагрузка на
пластину при поперечном сдвиге локализована у контуров нагружения и
защемления и вызывает большие напряжения сжатия на поверхностях кон
такта вблизи этих контуров.
Максимальная интенсивность деформации имеет место в нижнем и
верхнем слоях пластины у контактных поверхностей (рис. 5). Резкая кон
центрация напряжений вблизи поверхностей контакта не возникает вслед
ствие развития пластического течения.
1
3
1 / 4V \ 1' С : , , .
16 18 20 г, мм
а
' .......3
//и
/ 1
"\/р
\ ''
' " г У /
16 18 20 г, мм
б
Рис. 5. Распределение вдоль радиуса в кольцевой области интенсивного деформирования
пластины толщиной 2 мм из композиционного материала РА6 (ат = 0,4 ГПа, Е = 23,2 ГПа,
р = 1270 кг/м3) интенсивности деформаций (а) и напряжений (б) при поперечном сдвиге со
скоростью 50 м/с через 15 мкс после начала нагружения: 1, 2, 3 - соответственно верхний,
средний и нижний слои пластины.
26 ТББЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
Испытание материалов тонколистовых элементов конструкций
В срединной плоскости пластины в области кольцевого зазора (между
радиусами 18 и 20 мм) интенсивность деформации и напряжений может
быть с удовлетворительной точностью принята однородной.
По результатам численного моделирования после кратковременной на
чальной стадии нагружения наступает устойчивое развитие локализованного
деформирования материала в кольцевой области между контурами защем
ления и нагружающей поверхности стержня. Волновые процессы вслед
ствие малого размера деформируемой области несущественны, что обес
печивает надежность экспериментальной оценки удельной энергии дефор
мирования и разрушения материала при ударном нагружении и высоких
скоростях поперечного сдвига.
Заключение. Испытания на поперечный сдвиг тонких пластин, защем
ленных по контуру, позволяют оценить удельную работу деформирования до
разрушения различных материалов при статическом и ударном нагруже
нии.
Значения удельной работы деформирования пластин до разрушения при
поперечном сдвиге под действием статической нагрузки для композици
онного материала с высокомодульными волокнами выше, чем для алюмини
евого сплава Д16Т, и близки для мягкой стали.
При ударном нагружении пластин из алюминиевого сплава Д16Т и
композиционного материала РА6 значения удельной работы деформирова
ния до разрушения в результате поперечного сдвига близки.
Р е з ю м е
Коротко описано експериментальну методику оцінки энерги, затраченої на
руйнування тонкої пластини з круговим контуром затиснення при попе
речному зсуві, що викликаний ударним навантаженням тіла з плоским
торцем. Наведено результати випробувань зразків двох металевих мате
ріалів (м’яка сталь товщиною д = 1,0 мм і алюмінієвий сплав Д16Т,
д = 0,75 мм) та ударостійкого композиційного матеріалу РА6 , д = 2,0 мм.
На основі аналізу експериментальних і розрахункових даних напружено-
деформованого стану матеріалів (у межах кільцевої області між круговими
контурами затиснення та поверхні навантаження) показано якісний зв’язок
енергоємності руйнування з характеристиками динамічної міцності і плас
тичності. Результати досліджень дозволяють порівняти різні матеріали за
енергоємністю їх руйнування при ударному навантаженні. Ця величина пов
ніше характеризує енергоємність руйнування, аніж визначена при прогині
внаслідок руху тіла зі сферичною поверхнею, і може використовуватися в
розширеному діапазоні швидкостей ударного навантаження.
1. С т епанов Г. В., К оваленко А. В. Неупругий прогиб круглой пластины
локальным импульсом давления // Пробл. прочности. - 1988. - № 4. -
С. 29 - 31.
2. С т епанов Г. В., М альцев В. А., К оваленко А. В . Прогиб металлических
пластин под действием нагрузки, вызванной взрывом заряда ВВ // Там
же. - № 2. - С. 112 - 114.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5 27
Г. В. Степанов, В. И. Зубов, А. Н. Олисов, Я. Р. Клепачко
3. С т епанов Г. В., Зубов В. И., О лисов А. Н., К лепачко Я. Р. Энергоемкость
деформирования до разрушения защемленной по круговому контуру
тонкой пластины при ударном нагружении // Там же. - 2001. - № 2.
- С. 88 - 99.
4. С т епанов Г. В., Зубов В. И., О лисов А. Н., Токарев В. М . Прочность
тонколистовых металлов при ударном растяжении // Там же. - 2000. -
№ 4. - С. 62 - 69.
5. С т епанов Г. В., Зубов В. И., Токарев В. М . и др. Характеристики
прочности листового композиционного материала при ударном растя
жении // Там же. - 2001. - № 1. - С. 38 - 48.
6. С т епанов Г. В. Упруго-пластическое деформирование и разрушение
материалов при импульсном нагружении. - Киев: Наук. думка, 1991. -
287 с.
7. Х арченко В. В. Моделирование процессов высокоскоростного деформи
рования материалов с учетом эффектов вязкопластичности. - Киев:
Логос, 1999. - 280 с.
Поступила 24. 02. 2000
28 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2001, № 5
|