Теневой оптический метод каустик – метод исследований напряжений и деформаций, страница 14

Влияние локальной пластичности и напряженного состояния

Напряжения или деформации в зонах концентрации напряжений могут быть очень большими, теоретически часто неограниченными. В результате в реальных материалах образуются зоны пластических деформаций. Поэтому при исследовании линейных задач упругости необходимо быть уверенным, что эффекты пластичности не оказывают серьезного влияния на образование каустик.

На практике это обычно достигается использованием таких теневых оптических схем, в которых начальная кривая имеет большие размеры и расположена снаружи пластически деформированной зоны. Каустика тогда формируется участками образца, где справедливы соотношения линейной упругости между

напряжениями и деформациями. Это требование практически реализуется выбором достаточно большого расстояния |г₀| между образцом и плоскостью регистрации, так что

где г_пл — размер пластически деформированной зоны.

Величины теневой оптической константы с и коэффициента анизотропии К различны для плоского напряженного состояния и плоской деформации (табл. 9.1). Поэтому в уравнения (9.14), (9.15), (9.22), (9.23) и (9.35) при обработке каустик необходимо подставлять те величины, которые соответствуют напряженному состоянию, преобладающему вдоль начальной кривой. Обычно это плоское напряженное состояние.

Однако при очень высоких градиентах напряжений даже в пластинах плоское напряженное состояние не может реализоваться в локальной зоне вокруг точек концентрации напряжений из-за резкого изменения степени стеснения деформации. Следовательно, вместо плоского напряженного состояния возникает смешанное напряженное состояние. В таких случаях расстояние г₀\ между образцом и плоскостью регистрации должно быть достаточно большим, чтобы начальная кривая располагалась снаружи зоны смешанного напряженного состояния:

где г_пн — наименьший радиус зоны вокруг точки концентрации напряжений снаружи которой имеет место плоское напряженное состояние.

В случае оптически анизотропных материалов корректность выбора расстояния 2₀| между образцом и плоскостью регистрации можно легко проверить экспериментально. Если наблюдаемая степень раздвоения каустики (/)_н—Ов)/&в согласуется с теоретической для условий плоского напряженного состояния, начальная кривая лежит снаружи зоны смешанного напряженного состояния (в зоне плоского напряженного состояния). Однако, если наблюдаемое раздвоение оказывается больше, начальная кривая лежит в зоне смешанного напряженного состояния, и при обработке каустики будет допущена погрешность.

9.5. Приложения

В этом разделе рассмотрены некоторые типовые практические приложения теневого оптического метода каустик для исследования динамических задач. Все приведенные здесь теневые картины сфотографированы 24-вспышечной высокоскоростной камерой Кранца — Шардина. Теневые картины регистрировались либо при просвечивании образцов, изготовленных из материала аралдит В, либо по схеме отражения на образцах из высокопрочной стали Х2М1СОМО18-9-5¹).

Динамическое нагружение образцов на изгиб

Был исследован процесс динамического нагружения образца при ударе падающим клином с ножевидным краем. Испытывали образец размером 412x72x10 мм из материала аралдит В. Расстояние между опорами 260 мм. Клин массой 5,3 кг падает на образец со скоростью 1 м/с. Радиус ножевидногокрая (ро=1 мм) мапо сравнению с размерами образца, и, таким образом, нагрузка прикладывается практически в точке. Фотографировали мнимое изображение каустик, образованных вокруг точки удара по схеме просвечивания при г₀>0. Схема экспериментальной установки показана на рис. 9.33.

Серия фотографий теневых картин приведена на рис. 9.34. Указанные на каждой фотографии промежутки времени изме-

¹> Производится фирмой Кгирр 51аЫ АО и имеет млпку Кгирр НРХ 6358. Номинальный

состав: 18% N1, 9% Со, 4,8% Мо и <0,03% "С. Термообработка при температуре 480 °С в течение 4 ч на воздухе. Эта сталь аналогична американской стали 300 с 18% N1.