1.4.4. ДЕФОРМИРОВАНИЕ ДИСКА С ОТВЕРСТИЕМ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ

Расчетные и экспериментальные исследования проводили применительно к образцу из стали который представлял собой диск (радиус , толщиной ) с центральным отверстием (радиус ) [174]. Нагружение образца осуществляли путем радиального смещения точек боковой поверхности отверстия со скоростью (рис. 1.9).

Расчетные исследования проводили посредством пошагового решения уравнения (1.47). Принималась следующая реология деформирования стали Механические свойства стали

при представлены в гл. 6. Расчет осуществляли в осесимметричной постановке. В силу симметрии относительно оси рассматривали верхнюю половину диска (рис. 1.9). Для аппроксимации исследуемой области использовали треугольные КЭ с линейным размером приблизительно Интегрирование системы конечно-элементных уравнений осуществляли по уравнению (1.47) с шагом интегрирования

Рис. 1.9. Геометрические размеры и схема нагружения диска с отверстием

На рис. 1.10 представлены распределения полей пластических деформаций и напряжений в диске в процессе его нагружения где перемещение по оси окружная деформация). Видно, что распределение НДС по сечению диска неоднородна и имеет ряд особенностей. Так, если в центральной части диска распределение всех компонент деформации достаточно однородно по высоте диска, то при выходе на поверхность диска стороны внутреннего отверстия радиальная и осевая компоненты уменьшаются. Причем значение в этой зоне практически равно нулю. Распределение напряжений в диске также имеет сложный характер. В центральной области диска, выходящей на внутреннее отверствие, расположена зона сжимающих окружных и осевых напряжений. На поверхности диска напряжения растягивающие по всему радиусу диска. Область максимальных растягивающих окружных напряжений расположена в центральной части диска по границе раздела упругой и пластической зон Радиальная компонента напряжений по всему сечению диска имеет сжимающий характер. Описанные выше особенности в распределении НДС по сечению диска объясняются тем, что на его поверхности реализуется напряженное состояние, близкое к плосконапряженному, в то время как в его центре деформирование происходит в условиях, близких к плоской обобщенной деформации. Характер распределения деформаций и напряжений по поверхности и в центре диска качественно согласуется с аналитическими решениями о НДС

в тонком (случай плосконапряженного состояния) и толстом (случай плоской деформации) дисках [124].

По мере дальнейшего нагружения диска характер распредет ления НДС оставался аналогичным описанному выше. Менялись только величины напряжений и деформаций, а также размеры областей, на которых они действуют.

Рис. 1.10. Распределение деформаций и напряжений в диске с отверстием в процессе нагружения

После нагружения диска до величины при нагружение прекратили и произвели разгрузку диска путем освобождения точек боковой поверхности отверстия от радиального смещения. В результате разгрузки произошло перераспределение НДС в диске. Поля остаточных напряжений и деформаций представлены на рис. 1.11. Максимальные значения радиальной, осевой и окружной деформаций соответственно достигают на поверхности отверстия в центральной части диска. При выходе на поверхность диска значения радиальной и осевой компонент уменьшаются до —8 и 0,5 %. Распределение деформаций по поверхности диска имеет немонотонный характер (максимум расположен при что согласуется с

аналитическими решениями для тонкого диска [124]. Распределение остаточных напряжений следующее: окружные напряжения сгее — сжимающие от до центре диска) и (на его поверхности), далее идут растягивающие сгее. Экстремумы сгее расположены при

Рис. 1.11. Распределение остаточных деформаций и напряжений в диске с отверстием

Распределение в центральной части диска подобно распределению сгее с максимальными значениями Радиальные напряжения в рассматриваемой области имеют сжимающий характер.

Экспериментальные исследования проводили следующим образом.

Кольцевой образец 1 (рис. 1.12) крепили соосно стволу 2 пневмогазового копра между фланцами 3 и 4. Нагружающий боек 5 разгоняли по каналу ствола на поддоне 6 до необходимой скорости и наносили удар по передающему индентору 7.. Сердечник 8 из сплава расположенный между передающим и опорным 9 инденторами, в процессе нагружения расширяется в радиальном направлении, что приводит к деформированию кольца. Опорный индентор расположен в массивной наковальне 10, что обеспечивает неподвижность тыльной

поверхности сердечника, который выполнен в виде катушки с небольшим зазором между внутренней поверхностью кольца и сердечником. Такая форма сердечника обеспечивает к моменту радиального расширения кольца равномерность деформирования по толщине образца. Энергия бойка 5 значительно» превышала потери на деформирование кольца, что обеспечивало постоянную скорость деформирования. Степень деформирования регулировали ходом (величиной s) передающего индентора 7, выступающего за фланец 3.

Рис. 1.12. Схема установки по деформированию кольцевых образцов при высокоскоростном нагружении

Рис. 1.13. Распределение остаточных радиальных деформаций по поверхности образца : -расчет; данные эксперимента

Для снижения сил трения, а также затирания в случае небольшого перекоса передающий индентор центрировали втулкой из фторопласта 11. Нагружение проводилось со скоростью удара что соответствует скорости деформирования образца

Для изучения распределения радиальной деформации на поверхности образца по мере удаления от внутреннего отверстия были нанесены реперные линии (перпендикулярно радиусу), и изменению расстояния между ними оценивали среднюю остаточную радиальную деформацию для каждого участка. На рис. 1.13 приведено распределение радиальной остаточной деформации. Видно, что характер распределения деформаций на поверхности образца, полученных экспериментальным и расчетным методами, совпадает [в обоих случаях зависимость имеет экстремум]; отличие в результатах незначительно.

Таким образом, разработанный численный метод решения

динамических упругопластических задач позволяет детально исследовать особенности упругопластического деформирования элемента конструкции в процессе высокоскоростного нагружения.