Рекомендации по экспериментальному определению анизотропии механических свойств двухслойных материалов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 539. 374- 621. 983
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ ОПРЕДЕЛЕНИЮ АНИЗОТРОПИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДВУХСЛОЙНЫХ МАТЕРИАЛОВ
М. В. Грязев, С. С. Яковлев, О. В. Пилипенко, А. А. Пасынков
Приведены рекомендации по экспериментальному определению анизотропии механических свойств двухслойных материалов. В отличие от известных методик определения механических характеристик двухслойных материалов предложено их оценивать, как свойства основного и плакирующего материалов слоев.
Ключевые слова: экспериментальные исследования, механические характеристики, анизотропия, коэффициент анизотропии, напряжение, деформация, кривая упрочнения, двухслойный материал.
Расчет напряженного и деформированного состояний заготовки, силовых параметров и предельных возможностей формоизменения операции вытяжки с утонением стенки двухслойных материалов возможен только при наличии информации о характеристиках механических свойств и параметров кривых упрочнения исходной заготовки [1, 2]. Эти величины для конкретного материала определяются экспериментально.
В отличие от известных методик определения механических характеристик двухслойных материалов, когда механические свойства двухслойных листов оценивают свойствами материала основного слоя [3], предложено их оценивать, как свойства основного и плакирующего материалов слоев.
Для этого необходимо вырезать образцы из металла со снятым плакирующим слоем и со снятым основным слоем. Образцы с разной исходной толщиной необходимо изготавливать фрезерованием. Пропорциональные образцы должны быть вырезаны в соответствии с ГОСТ 11 701–84 (при sо & lt- 3 мм) и ГОСТ 1497–84 (прио & gt- 3 мм) в пределах одного листа
под углами 0, 45 и 90° к направлению прокатки по шесть штук каждого вида. Точность размеров образцов обеспечивается их обработкой в специальных шаблонах.
Схема раскроя листов и вырезки образцов приведена на рис. 1. Предварительно перед испытаниями на образец в зоне расчетной длины /д
наносят делительную сетку со стороной квадрата 10 мм. Делительная сетка с точностью до 0,025… 0,03 мм должна наноситься алмазным индентором на измерительном микроскопе УИМ-21 по методике, изложенной в работе [4]. До и после испытаний размеры ячеек образцов измеряются на том же микроскопе.
направление прокатки
(3=90° (3=45° Р=0°
Рис. 1. Схема раскроя листов и вырезки образцов для испытания на анизотропию механических свойств листового материала
Растяжение образцов, вырезанных под углами 0, 45 и 90° к направлению прокатки, необходимо осуществлять на универсальной испытательной машине типа «ЩБТКОК». Испытательная машина должна работать в автоматическом режиме по заданной программе нагружения и осуществлять автоматический расчет следующих механических характеристик материалов в зоне растяжения: предел пропорциональности Спц, модуль упругости Е, условный предел текучести С0 2, временное сопротивле-ние Св, относительное удлинение после разрыва 8 и относительное сужение
у.
Величина коэффициента анизотропии образца, вырезанного под углом а, находится по формуле [5]
/ е г. а)
Деформации по ширине е^, длине е/ и толщине е2 определяются по выражениям
ч = 1п (ь1/ьо) — е=1п (/^/0) — е^=~ч,
где Ь и /1 — размеры ячейки соответственно поперек и вдоль образца после разрыва- Ь° и /°- ее начальные размеры.
Среднее значение коэффициента анизотропии в плоскости листа ЯСр вычисляют по выражению
Кср = (К0 + К45 + К90)/3.
Степень плоскостной анизотропии механических свойств оценивают величиной 1К [4]:
1К = |Кшах — Кшт |/ Кср, (2)
где Кшах и КШ1П- максимальное и минимальное значения коэффициента анизотропии в плоскости листа.
Отношения параметров анизотропии О/Е, И/Е и Ы/Е следует определять по формулам
И
Е
К
О К
К
90- - = -9°- -= К45 + - 1 +. (3)
ггр гг 45 о т?
Е к0 е V 2/V к0)
Для получения наиболее достоверных результатов по определению равномерного относительного удлинения 8 р необходимо использовать ту часть
разорванного образца, в которой ячейка была наиболее удалена от очага локальной деформации (места разрыва).
Изменение пределов текучести 2 р в зависимости от угла вырезки образцов по отношению к направлению прокатки определяют по уравнению [5]
С2Р=С290 (1 + И1Е)
8Ш2 р + - 0082 В ±---+
Е Е
+
1
О И
----4-
Е Е)
8Ш2 Р 0082 Р
(4)
где с59°- предел текучести материала образца, вырезанного в направлении, перпендикулярном направлению прокатки.
Изменение величин коэффициентов анизотропии Кр оценивают по
выражению [6]
КР =
И
Е
+
1
О
И
4
ЕЕ
8Ш2 Р 0082 Р
8Ш2 Р + О0082 Р
Е
(5)
Экспериментальные исследования позволяют рассчитать константы кривых упрочнения
= С0,2к + Ок (е!к)& quot-к, к = 1& gt-2. (6)
5
Константы кривой упрочнения (6) для исследуемых материалов определяют путем обработки индикаторных диаграмм «сила — путь» в области равномерной деформации с учетом постоянства объема материала на базовой длине образца. Экспериментальные константы Ок и щ вычисляют с использованием методики нелинейного оценивания параметров [5].
Обработка экспериментальных данных должна осуществляться в предположении изотропного упрочнения анизотропного материала [6], что позволяет значительно упростить обработку опытных данных и сократить объем экспериментальных исследований при построении единой кривой упрочнения.
Принимая в качестве базовых экспериментальные данные Сs90 = Сs90 (е9о) при растяжении плоских образцов в направлении оси у, можно рассчитать величины интенсивности напряжения О/ и интенсивно-
сти деформации е, по выражениям
а, =
'- '-У
3К0(К90 +1) _.
а90
2(Ко + К0 К90 + К90) (7)
=
І
2(к0 + К0К90 + К90) «
_е90:
3К0(К90 +1)
где, а90, Є90 — сопротивление материала пластическому деформированию
и степень логарифмической деформации при растяжении образца в направлении оси у.
Аналогично в качестве базовых данных могут быть приняты результаты экспериментальных исследований, полученных при растяжении
плоских образцов, вырезанных под углами 0 и 45° по отношению к направлению прокатки (оси х).
Константы кривых упрочнения основного и плакированного материалов позволяют рассчитать величины долевых напряжений а5 дол при
растяжении двухслойного материала различной начальной толщиной по формуле
// /2
а ^ дол = а ^ 1 + а ^ 2, (8)
где /1 и /2- площади поперечных сечений основного и плакированного слоев соответственно- а 5 2 и, а 51- сопротивление материала пластическому деформированию первого и второго слоев соответственно- / = /1 + /2.
Операция вытяжки с утонением стенки реализуется в условиях плоского деформированного состояния заготовки.
Следуя работам Р. Хилла [6], введем характеристику анизотропии в условиях плоского деформированного состояния:
1 N (Я0 + Я90)
'-ху
1
2 Е Я90 (Я0 + Я90 + 1)
(9)
а также, учитывая, что / = - 1
_2
а90
1 +
V
Л '
N
Я45 + Т 2
1 +
Я
90
Я
2 N = ¦
т
эху
получим выражение для определения величины сопротивления материала пластическому деформированию на сдвиг в плоскости ху:
т
эху
090
2
_ (^О + Я9О)(1 + Я9О) (ю)
У Я9О (1 — сху)(^О + Я9О +1)
Используя соотношения (1О), получим окончательное выражение для определения величины сопротивления материала пластическому деформированию на сдвиг в плоскости ху:
тэху аі-
I (Я0 + Я0 Я90 + Я90) 3Я0(Я90 +1)
II
(Я0 + Я90)(1 + Я90)
Я90 (1 — сху)(Я0 + Я90 +1) Определение коэффициентов О. к и кривых разрушения вида
еіпрк = Ок ехр
А Л
ик
V аі J
невозможно без оценки напряженного состояния образцов, в момент разрушения при растяжении их в условиях плоского напряженного и плоского деформированного состояний. Вырезанных в направлениях главных осей анизотропии, следует заметить: принимается, что предельная величина интенсивности деформации в момент разрушения не зависит от направления растяжения образца.
Когда имеет место локализация очага пластической деформации, схема напряженного состояния в образце изменяется на схему всестороннего растяжения. Напряженное состояние в локальном очаге пластической деформации при растяжении плоского образца из анизотропного материала, в частности при растяжении плоского образца в направлении оси анизотропии х, может быть оценено по выражениям
а хср = Р/ (2'-У ю) — а
¦у
а х = а
эх
1 +
у 2 у 10
эх'- 2
эх
2 у 10 Р У
(у 20- у2 У (2 У10 Р)=
1
где Р — сила растяжения образца- К = 1/[1 + ую/(Эр)]- поправочный коэффициент- р — радиус кривизны контура шейки в наименьшем сечении- ох, а у и о 2 — главные напряжения, действующие в направлениях главных
осей анизотропии х, у и 2 соответственно- ^ и у 1°-толщина и половина ширины образца в наименьшем сечении.
Для определения напряжений в минимальном сечении образцов,
о
вырезанных в направлении 45 и 90 по отношению к направлению прокатки, можно воспользоваться приведенными выше формулами, в которых необходимо заменить направления главных осей анизотропии по смыслу.
Заметим, что величина показателя напряженного состояния в минимальном сечении образца на каждом этапе растяжения должна определяться по выражению
Уи
а 11 !° а х + а у + а 2
$ -------±----йУ, (12)
°1 Э У10 о о
а величина среднего показателя напряженного состояния за весь процесс испытания образца — по формуле
ґ Л і
а 1
V аі у
ср Єі пР
Є Є
1рав, а, 1 1Пр а
) — Л е, ±-------- ----------- - Л е,
0 аі еіпр еі рава е, рав аі
(13)
где рае — интенсивность деформации, соответствующая максимальной
равномерной деформации.
Приведенные выше рекомендации по экспериментальному определению анизотропии механических свойств двухслойных материалов, а также результаты экспериментальных исследований могут быть использованы при расчете напряженного и деформированного состояний, силовых параметров и предельных возможностей операции вытяжки с утонением двухслойных анизотропных материалов.
Работа выполнена в рамках государственного задания на проведение научно-исследовательских работ Министерства образования и науки Российской Федерации на 2О14 — 2О2О годы и гранта РФФИ № 1Э-О8−97−519 р_центр_а.
Список литературы
1. Трегубов В. И., Яковлев С. П., Яковлев С. С. Технологические параметры вытяжки с утонением стенки двухслойного упрочняющегося материала // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2ОО5. № 1. С. 29 — 35.
2. Грязев М. В., Яковлев С. С., Ремнев К. С. Математическая модель операции вытяжки с утонением стенки двухслойных анизотропных мате-
риалов в конической матрице// Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 1. С. 66−76.
3. Ковка и штамповка: справочник. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С.С. Яковлева- ред. совет: Е. И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
4. Яковлев С. П., Яковлев С. С., Андрейченко В. А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант. 1997. 331 с.
5. Яковлев С. С., Кухарь В. Д., Трегубов В. И. Теория и технология штамповки анизотропных материалов / под ред. С. С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2012. 400 с.
6. Хилл Р. Математическая теория пластичности. М.: ГИТТЛ, 1956.
408 с.
Грязев Михаил Васильевич, д-р техн. наук, проф., ректор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, mpf-tulaarambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пилипенко Ольга Васильевна, д-р техн. наук, проф., mpf-tulaarambler. ru, Россия, Орел, Государственный университет — учебно-научно-производственный комплекс,
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., mpf-tulaarambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RECOMMENDA TIONS FOR EXPERIMENTAL DETERMINA TION ANISOTROPY OF MECHANICAL PROPERTIES TWO-LAYER MATERIALS
M.V. Gryazev, S.S. Yakovlev, O.V. Pilipenko, A.A. Pasynkov
The recommendations for the experimental determination of the anisotropy of the mechanical properties of two-layer materialsare given. In contrast to the known methods of op-definiteness of the mechanical properties of two-layer materials it is offered to estimate them as properties of the base material and the cladding layers.
Key words: experimental study, a mechanical-sticks, anisotropy, anisotropy factor, stress, strain, curve up-rochneniya, two-layer material.
Gryazev Michail Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, the rector, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, the head of chair, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pilipenko Olga Vasilievna, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Orel, State University — Education-Science-Production Complex,
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой