Глава I. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДИНАМИКИ НЕУПРУГИХ СРЕД

1. Динамические свойства материалов

Остановимся вкратце на динамических свойствах материалов, основываясь на экспериментальных данных.

Экспериментальные работы проводились в нескольких направлениях. Основным из них является определение динамических характеристик материалов. С этой целью были проведены многочисленные исследования, в которых определялось распределение остаточных напряжений вдоль исследуемого образца, а также исследовалось влияние поперечного движения при распространении продольных волн напряжений в образце, вызывающего эффект дисперсии волн. Были проведены также многочисленные исследования по определению влияния температуры и радиационного излучения на динамическое поведение металлов.

В случае статических процессов механические свойства материалов характеризуются графиком напряжение — деформация. В случае же динамических нагрузок на зависимость напряжение — деформация существенное влияние оказывают скорости деформаций. Наблюдается также большое влияние ряда таких факторов, как температура, радиация и т. п.

Остановимся на основных динамических свойствах металлов и грунтов.

1.1. Динамические свойства металлов

Экспериментальные исследования [16, 17, 19, 38, 66, 67, 72], а также многие другие показывают, что для металлов достижение пластического состояния при внезапном нагружении требует более высоких напряжений, чем при медленном нагружении. Для ряда практически важных материалов (например, высокоуглеродистых сталей) в условиях динамических нагрузок можно пользоваться соотношением не зависящим явно от скорости деформации [108], но полученным при

динамическом нагружении образца. Это соотношение существенным образом отличается от статического.

На рис. 1 представлены динамическая и статическая характеристики для образца, изготовленного из мягкой стали. Кривая 1 — является статической кривой, кривая 2 — динамической. Последняя вычерчена при помощи метода, предложенного X. А. Рахматулиным [108], на основе измерений остаточных деформаций начального сечения ударяемого образца в функции скорости удара.

Рис. 1.

При динамическом нагружении образца происходит увеличение предела текучести материала. Характер кривой определяется видом материала. В большом количестве экспериментальных работ установлено, что металлы, имеющие хорошо выраженный предел текучести, особенно чувствительны к скорости деформации.

Рис. 2.

Типичным примером металла, который по-разному веде! себя при статическом и динамическом деформировании и проявляет большую чувствительность к скорости деформации, является мягкая сталь, а также чистое железо. Влияние скорости деформации на изменение предела текучести мягкой стали

исследовалось, например, в работах [19, 72, 67, 17, 18]. Так, Кларк и Дюве [19] в случае мягкой стали (0,22% углерода) установили, что вместе с ростом скорости деформации (рис. 2) предел текучести растет от значения около (статический предел текучести) до значения около при скорости деформации Предел текучести растет до того момента, пока не достигнет кривой условного предела прочности (пунктирная линия на рис. 2).

Условный предел прочности возрастает в области скоростей деформаций от 0 до

Рис. 3. Кривые 1, 2. 3, 4, 5 соответствуют следующим значениям

Многочисленные экспериментальные исследования показали, что предел текучести для мягкой стали в процессе динамического нагружения может достигать значения в 2—3 раза большего, чем при статическом нагружении. При этом наблюдается уменьшение эффекта упрочнения при динамических нагружениях по отношению к статическим.

Большинство исследований, связанных с определением динамической характеристики материала, осуществлялось в условиях одноосного растяжения или сжатия, либо чистого сдвига. Существует лишь небольшое количество экспериментов, целью которых было получение динамических характеристик материала в условиях сложного нагружения. К основополагающим в этой области принадлежат работы Линдхолма [66, 67]. В них описаны результаты исследований алюминиевых и стальных образцов, подверженных совместно одноосному растяжению и сдвигу. На рис. 3 даны графики зависимостей вторых инвариантов тензоров напряжений и деформаций для различных скоростей деформаций алюминиевых образцов [67]. Исследования эти выполнены для области скоростей деформаций от до На графиках отчетливо видно, что с ростом скорости деформаций определенному значению интенсивности деформаций отвечают все большие значения интенсивности

напряжений Такие же исследования Линдхолм провел для стальных образцов [66] и получил аналогичные результаты.

В настоящий момент существует достаточно обширная литература, в которой рассмотрено влияние как скорости деформации, так и температуры на зависимость между напряжением и деформацией, причем влияние каждой из этих величин определялось отдельно. Экспериментальным путем установлено, что при низких температурах нижний предел текучести металлов не зависит от скорости деформации, зато при высоких температурах даже весьма малые изменения скорости деформации вызывают значительный рост или падение предела текучести [16, 18].

Исследовано также влияние радиации на свойства пластических материалов. Установлено, что, как правило, облучение образцов приводит к повышению предела текучести и предела прочности. Влияние скорости деформации в облученном металле проявляется иначе, нежели в необлученном. Облученный металл обладает значительно более сильной чувствительностью к изменению скорости деформации [146].