Спосіб визначення напруги текучості матеріалу ss

Спосіб визначення напруги текучості матеріалу ss шляхом деформації плоского кільцевого зразка, до внутрішньої або зовнішньої поверхні якого прикладають рівномірний тиск Р, який відрізняється тим, що для забезпечення лінійного на пруженого стану при визначенні напруги текучості ss використовують зразок із співвідношенням Корисна модель відноситься до області експериментальних способів механіки матеріалів і може бути використана при визначенні характеристик пластичності та міцності матеріалів. «Для экспериментального определения ss необходимо создать такие условия деформирования, при которых деформации равномерно распределены по деформируемой части заготовки, а напряжённое состояние - линейное. Наиболее подходящим для построения кривых упрочнения являются данные, получаемые из испытаний на растяжение или сжатие (осадку). Если в этих испытаниях имеет место линейное напряжённое состояние, то напряжение текучести определяется, как частное от деления усилия деформирования на истинную площадь поперечного сечения образца в данный момент деформирования» [М.В. Сторожев, Е.А. Попов, Теория обработки металлов давлением, «Машиностроение», М., 1971]. Для визначення характеристик міцності матеріалів широко використовується випробування на стискання (осадку). Зразки стандартної геометрії (циліндр, паралелепіпед) осаджуються на спеціальній машині [Металлы. Методы испытания на сжатие. ГОСТ 25.503-97]. Через сили тертя на торцях зразка, де він стикається з інструментом, в зразку виникає складний напружено-деформований стан. До теперішнього часу він достовірно теоретично не описаний, але можна однозначно стверджувати, що він і неоднорідний, і нелінійний. Найпоширенішим методом випробувань матеріалів, однією з цілей якого є визначення величини напруги текучості матеріалу ss, є випробування на розтягування [Металлы. Методы испытания на растяжение. ГОСТ 1497-84. ИСО 6892-84]. Зразок установленої форми (циліндричний чи плоский), піддається деформуванню під дією прикладеного до нього навантаження, діючого вздовж осі випробовуваного зразка. Результатом випробування є побудова так званих кривих зміцнення - умовної і істинної. При побудові умовної кривої прикладене навантаження ділять на початкову площу поперечного перетину зразка, а при побудові істинної кривої зміцнення - на фактичну площу. При цьому, природно, передбачається, що в зоні зразка, що пластично деформується, реалізується однорідний деформований стан, а напружений стан - лінійний (одноосний). До теперішнього часу немає теоретичних доказів того, що при випробуванні на осьове розтягування деформації рівномірно розподілені по частині випробовуваного зразка, що деформується, а напружений стан - лінійний. Більш того, фактично D = 2,72 , де d D - зовнішній діаметр зразка, d - вн утрішній діаметр зразка, а чисельне значення напруги текучості матеріалу s s визначають величиною прикладеного тиску (19) UA (11) 24166 (13) U Ps , при якому почалася пластична деформація зразка, тобто s s = Ps . 3 24166 всі дослідники допускають, що в досліджуваній зоні випробовуваних зразків деформації неоднорідні, а напруги - нелінійні [П. Бриджмен «Исследования больших пластических деформаций и разрыва»]. «...Даже начальная фаза растяжения протекает в условиях квазиравномерного удлинения. Она, однако, соответствуе т одноосной схеме напряженного состояния в большей мере, чем другие способы испытания». «В реальных условиях деформирования... не представляется возможным осуществить схему однородного одноосного напряжённого состояния в чистом виде. При всех способах испытаний... имеем трёхосное неоднородное состояние. Поэтому кривые упрочнения способны характеризовать «истинные» напряжения лишь в той мере, в какой удаётся исключить неизбежные искажения, присущие различным способам нагружения, приблизив тем самым условия испытания к однородной схеме напряжённого состояния» [Л.А. Шофман, Теория и расчёты процессов холодной штамповки. «Машиностроение», М., 1964]. Таким чином, при проведенні навіть найпоширенішого способу механічних випробувань матеріалів, фактичний напружено-деформований стан відповідає необхідним умовам деформації «лише в тій мірі, в якій вдається виключити неминучі спотворення, властиві різним способам навантаження...». Ступінь цієї відповідності не визначений, а значить отримані цим способом механічні характеристики матеріалів - умовні. Для визначення характеристик міцності композиційних матеріалів використовуються методи розтягування або стискання плоских кільцевих зразків [Композиционные материалы. Справочник, Москва, Машиностроение, 1990г., стр. 198-203]. Розтягування чи стискання кільцевого зразка в його площині здійснюється внутрішнім або зовнішнім тиском, який створюється чи напівдисками, чи за допомогою податливого кільця або гідравлічної системи. Ці методи дозволяють створювати рівномірний розподіл напруг та деформацій в зоні зразка для випробувань, що деформується. Але опис цих методів не містить вказівок про те, як забезпечити лінійний напружений стан в зоні зразка, що де формується. Технічною задачею корисної моделі є створення такого експериментального способу визначення напруги текучості матеріалу ss, при якому фактичний напружено-деформований стан у випробовуваному зразку відповідав би умовам, необхідним при проведенні механічного випробування матеріалу: деформації рівномірно розподілені по частині зразка, що деформується, а напружений стан - лінійний. Рішення поставленої технічної задачі досягається тим, що випробовується вісесиметричний плоский кільцевий зразок, до внутрішньої або зовнішньої поверхні якого прикладається рівномірний тиск Р. Для забезпечення лінійного напруженого стану при визначенні напруги текучості ss пропонується забезпечити співвідношення 4 D = 2,72 , де d D - зовнішній діаметр зразка, d - внутрішній діаметр зразка. Чисельне значення напруги текучості матеріалу ss визначиться величиною прикладеного тиску Ps, при якому почнеться пластична деформація зразка, тобто ss=Рs. Значення 2,72 відоме як граничний коефіцієнт витяжки. При витяжці плоскої круглої заготовки, в частині заготовки, що знаходиться на плоскому торці матриці (фланці), розподіл радіальних напруг визначиться слідуючим вираженням: R sr = s s × 1n , де r R - зовнішній радіус заготовки, r - поточний радіус. [М.В. Сторожев, Е.А. Попов, Теория обработки металлов давлением, «Машиностроение», М., 1971, стр. 360]. Звідси, якщо 1n(R/r)=1, то при R/r=D/d=2,72; sr=ss . Зразок із співвідношенням D/d=2,72, при досягненні прикладеним тиском величини Ps=ss, повністю перейде в пластичний стан. У момент цього переходу на тій поверхні зразка, до якої прикладений тиск Ps=ss радіальна напруга sr буде дорівнювати напрузі текучості, тобто sr=ss, a тангенціальна напруга sq=0 (з умови пластичності). Таким чином, випробовуваний зразок весь перейде в пластичний стан і почне пластично (а не пружно) деформуватися тільки тоді, коли величина прикладеного до зразка тиску Р досягне значення напруги текучості матеріалу випробовуваного зразка ss. Отже, величина напруги текучості матеріалу зразка ss чисельно рівна величині тиску Ps, зафіксованого у момент початку пластичної деформації випробовуваного зразка. На поверхні зразка, до якої прикладають тиск, деформації будуть однорідними, оскільки зразок вісесиметричний, а тиск - рівномірний. На цій поверхні діє тільки одна напруга - sr=ss , тобто напружений стан - лінійний. Таким чином, фактичний напружено-деформований стан на цій поверхні випробовуваного зразка повністю відповідає умовам, необхідним при проведенні механічного випробування. На Фіг.1 представлений кільцевий зразок, який навантажений рівномірним тиском Р по внутрішній поверхні кільця. На Фіг.2 представлений кільцевий зразок, який навантажений рівномірним тиском Р по зовнішній поверхні кільця. Спеціального устаткування, на якому можна реалізувати пропонований спосіб в даний час немає. Необхідний рівномірний тиск на внутрішню або зовнішню поверхні кільця можна створити еластичним середовищем або рідиною, що цілком технічно здійсненне. Товщина кільцевого зразка „h" і абсолютні значення "d” і "D" визначаться технологією проведення випробувань, особливостями та можливостями устатк ування, що використовується для їх проведення. 5 24166 Технічний результат - визначення напруги текучості ss при рівномірному розподілі деформацій і лінійному напруженому стані у випробовуваному зразку, забезпечується використовуванням при експериментальному визначенні напруги текучості Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 6 ss , плоского кільцевого зразка із співвідношенням D/d=2,72, який навантажується рівномірним тиском Ps=ss по внутрішній або зовнішній поверхні кільця. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601