Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций

Описаны прецизионные методы и устройства для исследования модулей продольной упругости и коэффициента поперечной деформации конструкционных металлов в области микродеформаций (~10 -7) и деформаций, соответствующих реальным рабочим напряжениям. Получаемая точность экспериментальных результатов дос...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2003
Автори:	Стрижало, В.А., Войтенко, А.Ф., Войтенко, Е.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2003
Назва видання:	Проблемы прочности
Теми:	Производственный раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47016
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций / В.А. Стрижало, А.Ф. Войтенко, Е.А. Войтенко // Проблемы прочности. — 2003. — № 6. — С. 140-149. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-47016
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-470162013-07-08T19:03:54Z Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций Стрижало, В.А. Войтенко, А.Ф. Войтенко, Е.А. Производственный раздел Описаны прецизионные методы и устройства для исследования модулей продольной упругости и коэффициента поперечной деформации конструкционных металлов в области микродеформаций (~10 -7) и деформаций, соответствующих реальным рабочим напряжениям. Получаемая точность экспериментальных результатов достаточна для решения как научных (возможность определения "переходов второго порядка” в этих металлах), так и практических задач. Описано прецизійні методи і прилади для дослідження модулів поздовжньої пружності та коефіцієнта поперечної деформації конструкційних металів у межах від мікродеформацій (~10 -7) до деформацій, що відповідають реальним робочим напруженням. Отримана точність експериментальних результатів достатня для розв’язання як наукових (можливість визначення “переходів другого порядку” у цих металах), так і практичних задач. The paper describes precise methods and devices for studying longitudinal elasticity modules and transverse deformation coefficient of metallic materials in the zone of microstrains (~10 7) and strains corresponding to actual operating stresses. The obtained accuracy of experimental data allows them to be used with both scientific (for determining “the second-order transitions” in these metals) and technical purposes. 2003 Article Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций / В.А. Стрижало, А.Ф. Войтенко, Е.А. Войтенко // Проблемы прочности. — 2003. — № 6. — С. 140-149. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47016 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	Производственный раздел Производственный раздел
spellingShingle	Производственный раздел Производственный раздел Стрижало, В.А. Войтенко, А.Ф. Войтенко, Е.А. Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций Проблемы прочности
description	Описаны прецизионные методы и устройства для исследования модулей продольной упругости и коэффициента поперечной деформации конструкционных металлов в области микродеформаций (~10 -7) и деформаций, соответствующих реальным рабочим напряжениям. Получаемая точность экспериментальных результатов достаточна для решения как научных (возможность определения "переходов второго порядка” в этих металлах), так и практических задач.
format	Article
author	Стрижало, В.А. Войтенко, А.Ф. Войтенко, Е.А.
author_facet	Стрижало, В.А. Войтенко, А.Ф. Войтенко, Е.А.
author_sort	Стрижало, В.А.
title	Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций
title_short	Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций
title_full	Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций
title_fullStr	Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций
title_full_unstemmed	Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций
title_sort	определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций
publisher	Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
publishDate	2003
topic_facet	Производственный раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47016
citation_txt	Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций / В.А. Стрижало, А.Ф. Войтенко, Е.А. Войтенко // Проблемы прочности. — 2003. — № 6. — С. 140-149. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.
series	Проблемы прочности
work_keys_str_mv	AT strižalova opredelenieharakteristikuprugostikonstrukcionnyhmetallovvoblastimikroimakrouprugihdeformacij AT vojtenkoaf opredelenieharakteristikuprugostikonstrukcionnyhmetallovvoblastimikroimakrouprugihdeformacij AT vojtenkoea opredelenieharakteristikuprugostikonstrukcionnyhmetallovvoblastimikroimakrouprugihdeformacij
first_indexed	2025-07-04T06:37:34Z
last_indexed	2025-07-04T06:37:34Z
_version_	1836697315986898944
fulltext	ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ РАЗДЕЛ УДК 539.4 Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций В. А. Стрижало, А. Ф. Войтенко, Е. А. Войтенко Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины, Киев, Украина Описаны прецизионные методы и устройства для исследования модулей продольной упру гости и коэффициента поперечной деформации конструкционных металлов в области микродеформаций (~ 10~ ) и деформаций, соответствующих реальным рабочим напряже ниям. Получаемая точность экспериментальных результатов достаточна для решения как научных (возможность определения "переходов второго порядка” в этих металлах), так и практических задач. Ключевые слова: модуль продольной упругости, коэффициент поперечной деформации, динамическое и статическое нагружение, микро- и макро деформации, “переходы первого и второго порядка” при статическом нагру жении. Актуальность изучения законов упругого деформирования материалов отмечалась еще Я. Б. Фридманом [1]. Важность корректного определения характеристик упругости материалов для науки и техники обобщена в работах [1-4]. Для конструкционных металлов особую важность приобретает иссле дование их упругих свойств в области так называемых инфинитезимальных деформаций, или деформаций в диапазоне напряжений, используемых в технике. Постановка задачи. Известно (напр., [5]), что для большинства метал лов и сплавов значения пределов пропорциональности о пределов упру гости о у и пределов текучести о т с некоторым приближением можно принимать равными, и при о < о пц способ определения деформаций, осно ванный на использовании закона Гука, является оправданным. Рассмотрим, какого уровня достигает погрешность в определении деформации в этом случае. Согласно стандарту [6], предел пропорциональности определяется как напряжение, при котором отступление от линейной зависимости между нагрузкой Р и удлинением образца Д/ достигает такой величины, что тангенс угла наклона, образованного касательной к кривой нагрузка-удли нение в точке Рпц по отношению к оси нагрузок Р, увеличивается на 50% своего значения на упругом (линейном) участке. Даже если принять, что на диаграмме существует определенной длины линейный участок, то и тогда © В. А. СТРИЖАЛО, А. Ф. ВОЙТЕНКО, Е. А. ВОЙТЕНКО, 2003 140 ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 6 Определение характеристик упругости следует, что секущий модуль продольной упругости Е с, определенный в точке диаграммы Рпц, будет примерно на 20% ниже, чем модуль продольной упругости Ео, полученный для линейной области диаграммы (аналогичные данные приведены в [7]). Следовательно, при расчете деформации по закону Гука при напряжениях, близких к о пц, ошибка составит более 20%, что недопустимо при расчетах элементов конструкций. Необходимо также учитывать, что, как показано в работе [2], для многих кристаллических материалов в зависимости от предыстории их термомеханической обработки устойчивым является одно из нескольких числовых значений модуля упругости при напряжениях, близких к нулю. Значит, существует определенная множественность значений одного и того же модуля упругости Ео - “мультимодульность”. В [2] переход от одного дискретного значения модуля к другому назван как “переход первого по рядка”. Отсюда возможна реализация множества кривых деформирования о — е вблизи о = 0. Кроме того, отмечается [2], что по мере роста напря жений и соответственно деформаций при некотором уровне последних происходит скачкообразный переход от одного значения касательного моду- ёо ля Ек = — к другому, что получило название “переход второго порядка”. ае Следовательно, существует разрыв в значениях первой производной о = о (е ) при некоторых уровнях ненулевых деформаций, т.е. кривая деформирования не гладкая, а состоит из ряда прямолинейных участков. Поэтому необходимо учитывать характер процесса деформирования в рабочей области напряже ний как для анализа, так и для расчета элементов конструкций на их деформативность. Уместно отметить, что еще в 1849 г. Британская Королевская комиссия рекомендовала инженерам линейный закон упругости Гука для железа при растяжении, сжатии и изгибе заменить параболической зависимостью [2]: о = Ае — Ве 2 , (1) где о - напряжение; е - деформация; А, В - постоянные. Как известно (напр., [2-4, 8]), линейная связь между напряжениями и деформациями может быть условно принята для довольно ограниченного ряда конструкционных металлов, имеющих площадку или зуб текучести (малоуглеродистые стали, ряд конструкционных сплавов на основе туго плавких металлов и алюминия и некоторые металлы, например, в хрупком состоянии). Современным же сильно упрочняющимся металлам присуща ярко выраженная нелинейность даже в области рабочих деформаций. Чугу- ны, высоколегированные и литые стали, медь и некоторые сплавы на ее основе, большинство пористых и других металлов, полученных методами порошковой металлургии, вообще не имеют прямой пропорциональности между напряжениями и деформациями с самого начала деформирования, и их диаграмма о —е описывается соотношением вида (1). Представляет также несомненный интерес исследование поведения в макроупругой области деформации коэффициента поперечной деформации, ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 6 141 В. А. Стрижало, А. Ф. Войтенко, Е. А. Войтенко который определяет способность материала сохранять свой первоначальный объем в процессе деформирования, поскольку по этому вопросу в литера турных источниках имеются противоречивые сведения. Например, в работах [9, 10] утверждается, что при одноосном растяжении коэффициент попереч ной деформации в упругой области (коэффициент Пуассона) не зависит от уровня напряжений, а в [11, 12] - наоборот, что он изменяется с ростом напряжений или деформаций. Также требует уточнения зависимость коэф фициента поперечной деформации от напряжений в макроупругой области при нелинейной зависимости о = о (£), так как эти данные входят во все расчеты деформативности деталей при сложном напряженно-деформиро ванном состоянии. Методы исследования. Ниже кратко описаны методы и устройства для определения модуля продольной упругости Е и коэффициента поперечных деформаций л металлических конструкционных материалов в указанной области напряжений и деформаций при динамическом (микроупругие де формации) и статическом (макроупругие деформации) нагружении. Диапа зон деформаций устанавливается с точки зрения их использования в технике в следующих пределах: £^ = 10_7 и £ = [о] Е, где [о] - допускаемые напряжения, величина которых выбирается в зависимости от специфических требований к проектируемому изделию, условий его изготовления и эксплу атации, что регламентируется соответствующими стандартами и руководя щими материалами. При разработке нагружающего устройства и измерителей деформации для испытаний металлов в области макроупругих деформаций необходимо прежде всего рассчитать максимальные нагрузку и деформацию испыту емых образцов. На основании данных работ [13-15] можно показать, что, например, для углеродистых, низколегированных, хромистых, жаропрочных и коррозионно стойких аустенитных сталей максимальное допускаемое напряжение [о] составляет 240 МПа. При этом напряжении и Е = 200 ГПа максимальные продольная £ тах и поперечная £'тах деформации в случае линейной зави симости о = о (£) будут равны соответственно 0,12 и 0,036% (при л ~ 0,3). Для определения с высокой точностью характеристик упругости конст рукционных материалов в области микроупругой деформации целесообраз но использовать предложенный ранее [16] и доработанный с учетом постав ленной здесь задачи (увеличение деформаций от 10_7 до 10_6 и несколько выше) резонансный метод. Данный метод позволяет при расчете модуля продольной упругости применять определяющие соотношения высокой точ ности и по результатам одного эксперимента находить коэффициент Пуас сона ,Л у. Экспериментальные исследования в области макроупругой деформации следует проводить на прецизионных установках для испытаний образцов на растяжение. Краткое описание одной из таких установок представлено ниже. При этом учитывалось, что для обеспечения необходимой точности изме рений столь малых продольных и поперечных деформаций целесообразно использовать образцы с длиной рабочей части 100 мм и диаметром 10 мм. 142 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 6 Определение характеристик упругости Учитывая, что продольное растяж ение образца не будет превыш ать 0 ,2 мм, для статического нагружения удобно использовать рычажно-грави тационную систему с упругогравитационным замыканием силового контура и неравноплечим грузовым рычагом второго рода с соотношением плеч примерно 1:50. Такая система нагружения с реализацией метода задаваемой нагрузки калиброванными грузами позволяет повысить точность опреде ления нагрузки на образец по сравнению с используемыми тензорезистор- ными и другими силоизмерителями. Для устранения перекосов образца при его нагружении указанное устройство содержало нормированные американ ским стандартом захваты [17]. Поскольку уровень рабочих деформаций и напряжений незначителен, с целью повыш ения точности измерений продольных и поперечных деформа ций на рабочую часть образца наносили две кольцевые выточки глубиной 0,01 мм на расстоянии 100 мм одна от другой и четыре равноудаленные продольные риски такой же глубины (их длину и положение выбирали таким образом, чтобы можно было надежно закрепить два тензорезисторных преобразователя деформации для измерения поперечных деформаций в на правлениях под углом 90°). Выточки на образце выполняются для исклю чения проскальзывания ножей преобразователей в процессе его растяжения, что существенно повышает точность измерения удлинения в указанных пределах деформирования. При этом с целью учета возможного перекоса образца в захватах устанавливаются два преобразователя продольной дефор мации под углом 180° друг к другу. При измерении поперечных деформаций, как указано выше, также необходимо установить не менее двух преобразо вателей, поскольку при появлении пластических деформаций круглое попе речное сечение образца превращается в эллиптическое сечение, оси кото рого могут вращаться относительно продольной оси образца в процессе увеличения нагрузки [10 ]. Предварительная нагрузка на образец принимается равной нагрузке одной ступени, которой соответствует напряжение в образце 10 МПа. В данном случае при выбранных размерах образца такая нагрузка создается грузом массой порядка 20 Н, который был оттарирован с абсолютной_3 погрешностью ёР = (1 ...2 )• 10 Н. Относительная погрешность оценки на грузки равна ё р / р = (2^10_3 ) /20 = Т 1 0 _ 4 ,т .е . 0,01%. Для выбора преобразователей деформации и оценки погрешности изме рения продольных е и поперечных е' деформаций стального образца необходимо располагать их максимальными значениями (е тах и е ^ ) и значениями, соответствующими деформации при нагружении образца, на пример, на одну ступень, 10 М Па (е 1 и е1). _3Как показано выше, деформация е тах = 1,2 • 10 (0,12%), е^ах = _3 = 0,36 • 10 (0,036%). Отсюда максимальное удлинение образца А/тах = _3 _3 = 1,2 • 10 • 100 = 120 • 10 мм и максимальное уменьшение диаметра образ _3 _3 ца А ётах = 0,36 • 10 -10= 3,6 • 10 мм. Деформации на одну ступень на гружения е 1 = ю / 2 ^ 1 0 5 = 5• 10_ 5 и е! = 5• 10_ 5 ^0,3 = 1,5• 10 _ 5 , а А / 1 = = 5• 1 0 _ 5 • 1 0 0 = 5• 1 0 _ 3 мм и А ё 1 = 1,5• 1 0 _ 5 ^1 0 = 0,15• 1 0 _ 3 мм. ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 6 143 В. А. Стрижало, А. Ф. Войтенко, Е. А. Войтенко Анализ расчетов показал, что чувствительность преобразователя попереч ных деформаций должна более чем в 30 раз превышать чувствительность преобразователя продольных деформаций. Это свидетельствует о сложности измерения коэффициента поперечных деформаций при статическом нагру жении и об указанной выше противоречивости данных по этому вопросу. Рассмотренные расчеты являются основой для выбора методики и средств измерения продольных и поперечных деформаций образца при его растяжении в указанном диапазоне деформаций. Учитывая нормативные требования стандартов [18, 19] и рекомендации специальной литературы [20, 21], для измерения продольных и поперечных деформаций используются тензорезисторные преобразователи деформаций с фольговыми датчиками, которые обладают оптимальным сочетанием таких характеристик, как низкая погрешность измерения (не превышает 5-10_6 в _2 диапазоне деформаций до 3-10 ), линейность отклика датчика в пределах практически всего диапазона измерений, экономичность датчика и связан ных с ним устройств. При создании измерителя продольной деформации образцов был про веден расчет необходимой точности показаний преобразователя для мате риалов с различной нелинейностью диаграммы о = о (£) в указанном интер вале деформаций. Принимали, что эта диаграмма описывается квадратной параболой и соответственно зависимостью (1). В результате получено, что при испытаниях материалов типа стали 12Х18Н10Т, для которой коэффи циент В в уравнении (1) равен примерно 4-10 МПа, погрешность в опреде- _3 лении деформации при общей деформации образца около 1,5-10 не должна превышать 10_3, т.е. 0,1%, чугунов при В = 1-108 МПа - 2 - 1 0 3 (0,2%), пористых материалов, например железа, полученного методом порошковой металлургии, при В = 2-108 МПа - 4-10_3 (0,4%). Отметим, что для получения корректного значения статического модуля продольной упругости металла при указанных выше коэффициентах В и деформациях, на порядок меньших расчетных, точность определения по следних должна быть на два порядка выше, т.е. 1-10_5, 2 -10_5 и 4 -10_5 соответственно для сталей, чугунов и пористого железа. Поскольку дости жение такой точности в настоящее время весьма проблематично из-за отсут ствия надежных методов тарировки соответствующих измерителей дефор маций, к известным данным о статическом модуле упругости для металлов с нелинейной зависимостью о = о (£) следует относиться критически. Для получения заданной точности определения продольной деформа ции образцов тензорезисторные преобразователи деформаций были сконст руированы и изготовлены таким образом, чтобы обеспечить равномерную максимальную деформацию тензорезисторов и температурную компенса цию всей системы. В результате соответствующих расчетов и тарировки измерителей де формаций установлено, что для материалов, коэффициент нелинейности7 которых В близок к (1...5) -10 МПа, измеритель продольных деформаций 144 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 6 Определение характеристик упругости соответствует обоснованной выше точности измерений (примерно 0,1%), начиная с пятой ступени нагружения, т.е. с 50 МПа. При большей величине коэффициента В необходимая точность измерения деформаций будет обес печена при еще меньших напряжениях. Согласно проведенным расчетам, погрешность в определении стати ческого модуля упругости материалов, коэффициент В которых меньше 1-10 МПа, составляет 1...1,5%, коэффициента поперечной деформации - 15...3% (погрешность уменьшается за счет роста деформаций). Проведение испытаний. Объектом исследований служило армко- железо, химсостав которого аналогичен металлу, испытанному в работе [2], где наблюдались переходы как первого, так и второго порядка (по термино логии, используемой в [2]) после полного отжига металла. Коэффициент нелинейности В неотожженного пруткового армко-железа на порядок мень ше, чем стали 12Х18Н10Т, что позволяет оценить корректность разработан ных методик и устройств. Из прутка железа диаметром 50 мм вырезали образцы длиной 120 мм и диаметром 8 мм для проведения динамических испытаний в интервале микродеформаций 10 7...10 6 и длиной рабочей части 100 мм и диаметром 10 мм для статических испытаний. Часть заготовок образцов отжигали в течение 1 ч при температуре 920 К. Для проведения испытаний в области микроупругих деформаций опи санная ранее [16] установка была доработана с целью обеспечения регули ровки в процессе испытаний деформаций образца от 10_7 до 10_6 и более. Электрод возбудителя колебаний изготовляли подвижным, что позволяло регулировать коэффициент связи между возбудителем колебаний и образ цом. Увеличение указанного коэффициента и подводимого к преобразо вателю напряжения от генератора обеспечивало повышение деформаций в образце на порядок и более. При испытаниях в области макроупругих деформаций вначале тариро вали измерители продольных деформаций на штатном для машины “Инс- трон” тарировочном устройстве с абсолютной погрешностью 0,38 мкм и измерители поперечной деформации - с использованием мер длины [22] с абсолютной погрешностью менее 0,1 мкм. Тарировали измерители дефор маций дважды (до и после испытаний партии образцов) и рассчитывали среднеарифметические значения, которые использовали при обработке экспе риментальных данных. Тарировку тензометров и испытания образцов проводили с учетом требований стандарта [23] к стабильности температуры окружающей среды. Нагружение образца осуществляли грузами вручную (с помощью ры чага с эксцентриком). При этом полагали, что разница в скорости нагру жения образца в заданных пределах деформаций и напряжений не окажет существенного влияния на результаты эксперимента. При нагружении образца каждым грузом его деформацию измеряли после выдержки в нагруженном состоянии в течение 15-20 с, а затем регистрировали показания тензометров и нагружали следующим грузом. ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 6 145 В. А. Стрижало, А. Ф. Войтенко, Е. А. Войтенко Результаты испытаний и их обсуждение. Некоторые данные испы таний армко-железа в неотожженном (исходном) и отожженном состоянии представлены на рисунке. Экспериментальные (точки) и расчетные (линии) зависимости о = о(е) армко-железа: 1 - коэффициент Пуассона отожженных образцов при напряжениях ниже 1 МПа; 2 - расчетная прямая для модуля продольной упругости, определенного при динамических испытаниях; 3 - расчетная прямая, характеризующая статический модуль упругости в области линейной зависимости отожженных образцов; 4, 5 - диаграммы о —е для наклепанных и отожженных образцов соответственно; 6 - зависимость коэффициента поперечной деформации ц от деформации отожженных образцов. Испытания в микроупругой области деформаций свидетельствуют, что металл в состоянии поставки характеризуется одной резонансной частотой продольных колебаний, определяющей единственное значение модуля про дольной упругости Ео (215 ГПа) - на рисунке прямая 2, и одним значением коэффициента Пуассона (0,293) - точка 1. Повышение напряжения в образце практически не оказало влияния на указанные результаты (с учетом увели чения рассеяния энергии в системе образец-станина-преобразователь). Испытания трех отожженных образцов показали, что в каждом из них имеет место от одной до трех резонансных частот различной амплитуды колебаний. При этом резонансные частоты для одного и того же образца отличаются на 0,5...1,5%, а амплитуды колебаний на этих частотах - в 1,5...2 раза (достоверность того, что эти частоты являются резонансными, про веряли различными методами). Модули продольной упругости образцов, рассчитанные по резонансной частоте с максимальной амплитудой, были близки (с учетом погрешности эксперимента) к значению этой характе ристики для металла в исходном состоянии. Увеличение амплитуды коле баний образца приблизительно в 10-12 раз привело к уменьшению резо нансной частоты при максимальной амплитуде на величину, близкую к 0,05% (с учетом рассеяния энергии в системе). При увеличении напряжений в образце амплитуды “дополнительных” частот (с малой амплитудой коле 146 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 6 Определение характеристик упругости баний) быстро затухали, что не позволяет сделать определенные выводы по данному вопросу. Результаты испытаний образцов армко-железа в области макроупругих деформаций (статические испытания) показали следующее. При нагружении образцов металла в исходном состоянии зависимость о = о (є ) может быть описана соотношением вида (1), в котором коэффициент В составляет примерно 1,2-10 ГПа (на рисунке кривая 4). Испытания отожженного металла свидетельствуют, что при нагружении образцов до напряжений порядка 80 МПа экспериментальные точки укладываются на прямую 3, соответствующую модулю продольной упругости Е о = 208 ГПа. При даль нейшем нагружении образцов вплоть до напряжений порядка 160 МПа практически все экспериментальные точки ложатся на прямую 5, тангенс угла наклона которой к оси деформаций соответствует модулю упругости Е '= 125 ГПа. Зависимость коэффициента поперечной деформации л от деформации отожженного металла представлена кривой 6. Видно, что раз брос экспериментальных точек небольшой, и коэффициент л в приведен ной области деформаций практически не зависит от деформации образца (увеличение л по отношению к л у на последней ступени нагружения составляет около 3%). Заключение. Разработаны методы и устройства для определения харак теристик упругости конструкционных металлов и сплавов при микроупру- гих (10_ 7... 10_ 6) и макроупругих (область рабочих напряжений порядка о 0 2 /1,5) деформациях, позволяющих с достаточно высокой точностью учи тывать особенности деформирования конструкционных металлов и сплавов. Оценена необходимая точность экспериментального определения де формаций в зависимости от степени нелинейности диаграммы о — є в указанном диапазоне деформаций. Использование предложенного динами ческого метода и устройства для определения характеристик упругости металла позволяет исследовать проблему многомодульности конструкци онных материалов. Статические испытания металлических материалов с использованием описанных методов и устройств позволяют более глубоко изучать развитие упругих деформаций при деформировании многих современных конструк ционных материалов, а также оценить необходимость учета в прочностных расчетах нелинейности их деформирования в области инфинитезимальных деформаций (при рабочих напряжениях в деталях изделий и конструкций). Р е з ю м е Описано прецизійні методи і прилади для дослідження модулів поздовжньої пружності та коефіцієнта поперечної деформації конструкційних металів у_7 межах від мікродеформацій (~10 ) до деформацій, що відповідають реаль ним робочим напруженням. Отримана точність експериментальних резуль татів достатня для розв’язання як наукових (можливість визначення “пере ходів другого порядку” у цих металах), так і практичних задач. ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 6 147 В. А. Стрижало, А. Ф. Войтенко, Е. А. Войтенко 1. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов: В 2 т. - М.: Машино строение, 1974. - Т. 1. - 472 с. 2. Белл Дж. Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. Ч. 1. Малые деформации / Под ред. А. П. Филина. - М.: Наука, 1984. - 600 с. 3. Войтенко А. Ф. Стандартизация испытаний на определение характе ристик упругости металлов при низких температурах / АН УССР. Ин-т пробл. прочности. - Препр. - Киев, 1990. - 37 с. 4. Стрижало В. А., Филин Н. В., Куранов Б. А. и др. Прочность мате риалов и конструкций при криогенных температурах. - Киев: Наук. думка, 1988. - 240 с. 5. Гастев В. А. Краткий курс сопротивления материалов. - М.: Наука, 1977. - 456 с. 6. ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. - Введ. 01.01.86. 7. Шапошников Н. А. Механические испытания металлов. - М.; Л.: Машгиз, 1954. - 443 с. 8. Скрипник Ю. Д., Войтенко А. Ф. Механические свойства металлов в области малых упругопластических деформаций // Пробл. прочности. - 1984. - № 6. - С. 62 - 67. 9. Köster. Betrachtungen über den Elastizitätsmodul der Metalle und Legierungen // Metallkunde. - 1947. - No. 5. - S. 145 - 158. 10. Гурьев А. В. О коэффициенте поперечной деформации в пластической области // Физика металлов и металловедение. - 1956. - 2, вып. 3. - С. 457 - 463. 11. Гусенков А. П., Зацаринный В. В., Шнейдерович Р. М. Методика полу чения характеристик сопротивления малоцикловому деформированию и разрушению при измерении поперечных деформаций // Завод. лаб. - 1971. - № 4. - С. 464 - 468. 12. Гурьев А. В . Теория упругих деформаций поликристаллического сплава // Журн. техн. физики. - 1954. - Вып. 9. - С. 1644 - 1659. 13. Сопротивление материалов деформированию и разрушению. Справоч ное пособие. Ч. 1 / Под ред. В. Т. Трощенко. - Киев: Наук. думка, 1993. - 288 с. 14. Лебедев А. А., Чечин Э. В. К выбору допускаемых напряжений при расчете конструкций по критерию статической прочности // Пробл. прочности. - 1980. - № 4. - С. 32 - 34. 15. ОСТ 26-04-2585-86. Техника криогенная и криогенно-вакуумная. Сосу ды и камеры. Нормы и методы расчета на прочность, устойчивость и долговечность сварных конструкций. 16. Стрижало В. А., Войтенко А. Ф. Повышение точности определения характеристик упругости и их зависимости от температуры // Пробл. прочности. - 1999. - № 3. - С. 36 - 45. 148 ISSN 0556-171X. Проблемы! прочности, 2003, N 6 Определение характеристик упругости 17. ASTM E8-69. Standard Methods of Tension Testing of Metallic Materials // Annual Book of ASTM Standards. - 1973. - Pt. 31. - P. 196 - 215. 18. ГОСТ 18957-73. Тензометры для измерения линейных деформаций строительных материалов и конструкций. - Введ. 01.07.74. 19. ANSI E83-67 (R74). Verification and Classification of Extensometers // Annual Book of ASTM Standards. - 1980. - Pt. 10. - P. 303 - 307. 20. Экспериментальная механика: В 2 кн.: Кн. 1 / Под ред. А. Кобаяси. - М.: Мир, 1990. - 616 с. 21. Касаткин Б. С., Кудрин А. Б., Лобанов Л. М. и др. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений. Справочник. - Киев: Наук. думка, 1981. - 584 с. 22. ГОСТ 9038-99. Меры длины концевые плоскопараллельные. - Введ. 01.07.91. 23. РД 50-98-86. Методические указания. Выбор универсальных средств измерений линейных размеров. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 22 с. Поступила 30. 04. 2002 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2003, № 6 149

Определение характеристик упругости конструкционных металлов в области микро- и макроупругих деформаций

Репозитарії

Схожі ресурси