§ 5. Эксперименты по пластическим волнам

Пока имеется очень мало опубликованных данных опытов по распространению пластических волн. Карман и Дюве [152] описали некоторые эксперименты по распространению волн вдоль медных проволок, а Уайт [157] рассмотрел некоторые опыты по удару стальных стержней, проведенные в Калифорнийском технологическом институте. Аппаратура, применявшаяся Дюве для проверки теории распространения пластических волн, показана на фиг. 42. Были использованы отожженные медные лроволоки, на которых до деформации наносятся на равных расстояниях метки. По измерениям расстояний между этими метками после опыта можно определить

распределение деформаций. Конец проволоки прикреплен к жесткому элементу А. Вертикальный стержень В покоится на нижней раме испытательной машины, а его верхний конец входит свободно в трубчатую часть элемента А. Молот падает между двумя вертикальными направляющими и ускоряется натянутыми резиновыми шнурами. Когда он ударяет по пластинке А, проволока удлиняется до тех пор, пока диск А не встретит стержень В. Диск А имеет круговую выточку причем обод диска отламывается по этой выточке, когда А пройдет расстояние и остановится стержнем В. Молот продолжает двигаться вниз. Время соударения может варьироваться расстоянием скорость молота тоже можно менять. Молот достаточно массивен, чтобы не замедляться заметно при растяжении проволоки; скорость движения молота измеряется электрическим методом.

Фиг. 42. Приспособление для исследования распространения пластических волн в проволоке.

Целью опытов была проверка трех пунктов теории распространения пластических волн, причем для этого проводились раздельные эксперименты. Эти три пункта следующие:

1) существование фронта пластической волны данной величины;

2) зависимость между скоростью удара и деформацией позади фронта пластической волны;

3) распределение пластических деформаций между пластической волной и упругой волной.

Чтобы проверить первый пункт, скорость молота поддерживалась постоянной, а продолжительность удара варьировалась путем изменения расстояния В этих опытах была найдена на конце проволоки область постоянных деформаций, длина которой пропорциональна продолжительности удара. Следовательно, как и предсказывается теорией, пластическая волна, амплитуда которой постоянна при постоянной скорости, распространялась вдоль проволоки.

Чтобы проверить второй пункт, скорость молота изменялась и измерялась возникшая пластическая деформация на конце проволоки. Теоретическая зависимость между выражена уравнением (7.11) и была рассчитана для проволоки по статическому определению кривой напряжение — деформация. Затем полученная в опыте кривая численно интегрировалась. Согласие между теорией и опытом было найдено вполне удовлетворительным.

Чтобы проверить третий пункт, Дюве предположил, что в конце удара движение прекращается и пластическая деформация "замерзает"

в проволоке. Как показано выше, в действительности этого не происходит, так как в конце удара вдоль проволоки распространяется волна разгрузки. Когда волна разгрузки достигает фронта пластической волны, она уменьшает амплитуду последней и отражается обратно к концу проволоки. Происходит ряд таких отражений, и в результате окончательное распределение пластических деформаций позади фронта пластической волны изображается гораздо более пологой кривой, чем в момент прекращения удара. Далее, надо ожидать, что кривая распределения деформаций по длине будет иметь ступенчатую форму, причем каждая ступень соответствует точке, в которой упругая волна разгрузки догоняет фронт пластической волны. Дюве нашел экспериментально, что распределение пластических деформаций на фронте пластической волны в действительности более полого, чем он ожидал, и последующие расчеты с учетом многократного отражения волн разгрузки дало лучшую согласованность с экспериментальными результатами.

Другое экспериментальное исследование пластических волн, описанное Уайтом [157], было проведено Дюве и Кларком со стальными образцами при растяжении и сжатии. Истолкование этих результатов осложняется тем, что предел пропорциональности материала чрезвычайно чувствителен к скорости нагружения: предел текучести при динамических условиях в два или три раза более статического значения. До тех пор пока динамические зависимости напряжение — деформация в таких материалах не будут исследованы другими методами, опыты по распространению пластических волн в них не могут дать особенно полезных результатов.