Лекция №8 Методы исследования напряженно-деформированного состояния.

В связи с трудностями теоретического решения многих задач пластического деформирования, вызванными нелинейностью уравнений состояния и дифференциальных уравнений равновесия, сложностью геометрии обрабатываемых заготовок и применяемого инструмента, зачастую единственной возможностью получения требуемых результатов является использование экспериментальных методов.

Обычно экспериментальные методы применяют для исследования деформации в процессах плоского напряженного состояния, плоского деформированного состояния, ассиметричного деформирования. Для анализа объемных задач современные экспериментальные методы не являются эффективными.

Каждый экспериментальный метод имеет границы своего целесообразного применения, поэтому в некоторых случаях целесообразными являются сочетания двух и более методов.

Основные экспериментальные методы, применяемые для исследования НДС в пластической области, можно условно разделить на три группы: геометрические, структурно-наследственные и поляризационно-оптические.

8.1. Геометрические методы.

В основу этих методов положено измерение геометрических элементов заготовки до и после деформации. Существующие методы различаются способами нанесения меток, регистрацией первичных экспериментальных данных, особенностями математической обработки и интерпретацией полученной информации.

На начальном этапе своего развития геометрические методы использовались только для качественного анализа процессов обработки металлов давлением. Совершенствование методик эксперимента позволило перейти к количественной оценке НДС. Эти методы характеризуются большой трудоемкостью, поэтому перспектива их развития заключается в решении проблемы автоматизации проведения эксперимента.

В исследовательской практике наиболее часто используются методы делительных сеток, визиопластичности, муаровых полос, слоистых моделей.

8.1.1. Метод делительных сеток.

Этот метод является наиболее часто применяемым и старейшим.

Суть метода состоит в том, что на исследуемую поверхность наносят систему линий, точек, окружностей или каких-либо других меток, форма и положение которых сравнительно просто описывается в какой-либо системе координат и изменения взаимного расположения и конфигурации которых позволяет определить перемещения, деформации, скорости и другие характеристики пластического формоизменения.

Самое большое распространение в экспериментальной практике получили сетки из систем окружностей одинакового диаметра и прямоугольные (квадратные) сетки.

Первичными экспериментальными данными для последующих расчетов служат координаты узловых точек линий искаженной делительной сетки или размеры ее ячейки.

Методом делительных сеток обычно получают дискретную информацию в процессе формирования тела.

Определение координат узловых точек сетки осуществляют с помощью инструментального микроскопа. Цена деления его шкалы – 0,001 мм. Сетку рекомендуется выбрать с шагом не менее одного миллиметра.

Рис.43. Сетка из системы окружностей в не деформированном (а) и деформированном (б) состояниях.

Предложены различные способы нанесения сеток: накатка, фото-способ, травление, напыление, царапание и другие.

Обработка экспериментальных данных, полученных методом делительных сеток, является достаточно трудоемким процессом. Эффективность метода существенно возрастает в случае применение ЭВМ.

Делительные сетки чаще всего наносятся на свободную поверхность обрабатываемого тела или на плоскость разъема составной заготовки, являющуюся обычно плоскостью симметрии, то есть главной плоскостью.

Несмотря на многообразие вариантов исполнения делительных сеток все известные методики экспериментальных исследований деформированного состояния по искажению сетки можно разделить по способу интерпретации экспериментальной информации на три группы:

- методики, основанные на соотношениях деформационной теории пластичности (методики конечных деформаций);

- методики поэтапного исследования, базирующиеся на деформационной теории;

- методики, основанные на соотношениях теории течения.

Таким образом, указанные методики отличаются по способу обработки результатов измерений искаженной делительной сетки.

Общим для всех методик является применяемые в них предположения о том, что в пределах объема, ограниченного ячейкой сетки, материал является изотропным, а информация – однородной.