Учебное пособие 2170

рующих заданий студенты используют не только ручной счет, но

иразработанные программные продукты, позволяющие проверить не только правильность решения, но и поэтапное построение опытной модели.

Впроцессе обучения будущих специалистов машиностроительного профиля на ранних стадиях курсового, дипломного

ипрофессионального инженерного проектирования мы ориентируем направленность общепрофессиональных и специальных дисциплин проектировочного цикла на формирование культуры качества инженерного проектирования. Для этого на всех этапах обучения ставится общая цель – профессионально-развивающее обучение в сфере инженерного проектирования при условии по- следовательно-накопительного знаниевого перехода от общепрофессиональной к специально-профессиональной подготовке в проектировочной деятельности и в усвоении студентами видов и функциональных возможностей используемых информационных средств и компьютерных технологий, которые системно включены в образовательный процесс.

Для самоконтроля усвоения учебной информации, а также для получения методической помощи, в случае необходимости, студенты могут пользоваться автоматизированными контрольнообучающими программами. Для активизации учебнопознавательной деятельности и оптимизации учебного процесса для студентов-заочников разработано учебное пособие для дистанционного обучения по курсу «Детали машин и основы конструирования».

Внастоящее время рождаются новые языки и схемы понимания и усвоения знаний, более связанные со зрительным рядом, образом, формой, цветом. С появлением компьютеров и вследствие этого появлением глобальных компьютерных сетей создаются не только высокоинтеллектуальные технологии деятельности, в том числе и образовательные, но и принципиально новые методы человеческого общения, фиксируемые в новых социальных формах человеческих отношений, новых типах деятельности, новых архетипах (устойчивых формах) сознания и самосознания.

190

Литература 1. Битюцких О.К. Компетентностная технология обще-

профессиональной практической проектировочной подготовки студентов технического вуза (на примере специальностей машиностроительного профиля) Дис. канд. пед. наук.- Воронеж. 2006. – 225 с.

Воронежский государственный технический университет

УДК 531 В.В. Елисеев, канд. техн. наук, доц., А.М. Гольцев, канд. техн.

наук, доц., Л.В. Хливненко, канд. техн. наук, доц.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗМЕРНОГО ПОСЛЕДЕЙСТВИЯ И СЖИМАЕМОСТИ

ПОЛИМЕРОВ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ

Рассматривается экспериментальная методика учета размерного последействия и сжимаемости термопластов при определении предельных деформаций. Разработаны способы определения параметров модели сжимаемости по результатам испытаний на одноосное растяжение

Ключевые слова: пластическое деформирование, полимер, эксперимент

Учет последействия при определении предельных деформаций, выполненный ранее, производился с помощью коэффициента размерного последействия [1], который корректирует параметры образцов в зависимости от времени измерения после разрушения. Более эффективным оказалось использование конечноэлементных расчетов по экспериментальным диаграммам деформирования пластиков, полученным при различных деформированных состояниях [2]. Недостатком этих методов является неизбежное использование различных расчетных моделей, которые снижают достоверность определения предельных деформаций разрушения.

Использования комбинированного метода измерения перемещений в различных направлениях при одноосном растяжении позволило уточнить кривые течения материала и провести экспериментальную проверку условия несжимаемости на листовых образцах из политриметилентерафралата (ППТ).

191

Для оценки достоверности метода сравним диаграммы деформирования термопластов, полученных с помощью контактных датчиков деформаций, и оптическими методами измерений перемещений.

Образцы для испытания на одноосное растяжение изготавливали из листового термопласта РРТ методом механической обработки.

Рис. 1. Геометрия образца на одноосное растяжение

Образцы кондиционируются в течение 16 ч при температуре 23±2 0С и относительной влажности 50±5 %. Перед испытанием на образцы наносится раз-

метка краской для полиэтилена и полипропилена, не ухудшающей качество образцов. Разметка для установки контактных датчиков предварительно измеряется на микроскопе с точностью ±0,0025 мм Толщину и ширину образцов измеряют микрометром в трех местах с точностью ±0,0025 мм, из полученных значений вычисляют средние арифметические величины.

Испытание проводится при температуре 23±20С и относительной влажности 50±5 % на разрывной машине Р-20 при посто-

гивающее усилие измеряется датчиком усилия S5000 с точностью ±10 Н, осевое удлинения производят датчиками LUP10 с точностью ±0.0006 мм. Сигнал с цифровых аналоговых датчиков поступает на ПК-карту в персональный компьютер. С помощью специального программного обеспечения, написанного в среде LABVIEW-7, производится оцифровка и визуализация диаграммы растяжения в режиме реального времени. Эта функция обеспечивает получение табулированной диаграммы растяжения, которая записывается в текстовый файл для последующей обработки и построения кривой течения материала.

192

Измерение толщины образца в момент испытания осуществлялось контактным методом, измерение продольного и поперечного размера проводились оптическим методом с помощью фотокамеры «Canon-550D» с частотой видеосъемки 30 кадров в секунду.

Расшифровку результатов съемки включала в себя: представление видеоизображения в виде набора кадров; синхронизация показаний датчиков усилия и изменения толщины со временем видеосъемки; измерение геометрических размеров разметки в месте разрушения в ключевые моменты времени средствами графической системы Unigraphics. Синхронизация осуществляется состыковкой момента разрушения на диаграмме растяжения усилие – перемещение, как функций времени, и времени кадра соответствующего разрушению.

Экспериментальную диаграмму растяжения записывают в координатах усилие Р - удлинение l и перестраивают в координатах: истинное напряжение – логарифмическая деформация

е.:

где li – удлинение образца в i момент времени, l0 – исходная

расчетная длина образца до испытания.

В случае использования контактных датчиков перемещения исходная база составляет 30 ± 0,5 мм, для оптического метода измерения – 7 ± 0,1 мм. Исходная база для оптического метода измерений выбирается так, что бы она была сопоставима с шириной рабочей части образца. База для контактного измерения наносится в области удаленной на одну ширину от границ рабочей части, которая является полем наиболее вероятного разрушения и не подвержена влиянию концентраторов (галтелей).

Используя оптические методы измерения, можно рассчитать истинное напряжение с учетом изменения ширины и толщины образца:

bihi

193

Рис. 3. Кривые течения ППТ, полученные контактным и оптическим методом измерений

Сравнение результатов, полученные оптическим и контактным методом измерений, показало высокую степень совпадения. Таким образом, разработанная методика может быть рекомендована для механических испытаний как пластиков, так и других материалов.

Использование оптического метода при проведении эксперимента, во-первых, позволяет получать кривые растяжения при больших деформациях, благодаря чему можно проводить более корректную экстраполяцию данных, что в значительной степени повышает адекватность конечно-элементного моделирования реальному процессу. Во-вторых, оптический метод дает возможность определять предельную деформацию разрушения непосредственно в месте формирования локальной шейки и последующего разрушения. Это достигалось видеосъемкой сетки на всей расчетной длине во время процесса нагружения, с последующим выбором ячеек сетки в месте разрушения и отслеживанием их деформирования вплоть до разрушения. В-третьих, оптический метод позволяет уточнить диаграмму растяжения, а именно модуль Юнга. В-четвертых, использование оптического метода позволяет повысить точность измерения перемещений, так как не происходит торможения развития деформации в

195

месте контакта датчика с образцом и исключается возможность проскальзывания датчика на образце в процессе испытания.

Расчет напряженно-деформированного состояния обычно выполняется в предположении о постоянстве объема материала в процессе пластического деформирования, то есть шарового тензора деформаций равен нулю.

Для проверки этого условия при одноосном растяжении использовали комбинированный метод измерения деформаций: продольные и поперечные перемещения в плоскости образца измеряли оптическим методом, а изменение толщины – датчиком LUP10. По результатам эксперимента была получена зависимость

Локальная логарифмическая пластическая деформация

Рис. 4. Зависимость изменения удельного объема образца из политриметилентерафралата в области интенсивного

деформирования от локальной логарифмической деформации растяжения

196

Анализ графиков показал, что при пластическом деформировании происходит увеличение объема политриметилентерафралата, то есть условие несжимаемости не выполняется. Таким образом, при проведении испытаний на одноосное растяжение пластиков нельзя рассчитывать истинное напряжение по формуле (3). Следовательно, механические испытания пластиков целесообразно проводить с использованием оптических методов. Диаграммы деформирования, полученные этим методом, используются для конечно-элементных расчетов диаграмм разрушения и способствуют повышению точности моделирования разрушения деталей из пластиков.

Рассмотрим механизм учета несжимаемости при определении деформации разрушения fr пластиков, предложенный Г.Д. Делем.

Как уже отмечалось, при обработке результатов испытаний на разрушение очень часто используется условие несжимаемости. Так, при испытаниях на растяжение образцов с выкружками, при изгибе и испытаниях по Эриксону эквивалентная деформация вычисляется по деформациям, измеренным на поверхности образцов, в предположении, что деформация по нормали к поверхности удовлетворяет условию сжимаемости. При учёте сжимаемости материала необходимо измерение этой деформации, что не всегда возможно (например, при изгибе) или затруднительно (к примеру, при динамических испытаниях). В этих случаях предлагается исходить из предположения, что связь между объёмной деформацией

и эквивалентной деформацией (при пропорциональном деформировании)

зависит для данного материала только от вида напряжённого состояния.

197

Рис. 5. Аппроксимация зависимости относительного объема политриметилентерафралата от пластической деформации при одноосном растяжении

На рис. 5 показана функция ( 6), полученная испытанием пропилена на одноосное растяжение. При достаточно больших деформациях её можно аппроксимировать линейным уравнением:

198

Из уравнений ( 3.1 ), ( 3.2 ) и ( 3.4 ) следует

зависит от вида напряжённого состояния. В случае несжимаемого материала с=0 а=1 и

Для повышения точности следует функцию (6), определённую при соответствующем напряжённом состояний, аппроксимировать в окрестности ожидаемой деформации разрушения.

Таким образом, в дальнейшем, деформацию разрушения сжимаемых материалов следует определять с учётом объёмной деформации. Целесообразным представляется следующее определение:

В частности, при таком определении деформация разрушения при одноосном растяжении образца равна, как и в случае несжимаемого материала, его логарифмическому удлинению.

Литература

1.Струкова А.В., Елисеев В.В. Учет размерного последействия при построении экспериментальных диаграмм термопластов// Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы и инновационные решения в химической тех-

нологии», ВГТА, 30.06-2.07. 2010. С.183-185.

2.Елизаров Ю.М., Елисеев В.В., Струкова А.В. Расчет статических диаграмм разрушения пластмасс с использованием метода конечных элементов// Материалы IX международной на- учно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии», ВГУ, 2009, том 1.С.263-265.

Воронежский государственный технический университет

199