Методика и экспериментальные исследования материалов при трехосном растяжении

Методика и экспериментальные исследования материалов при трехосном растяжении

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 5

эксперименты проводят в условиях высоких давлений, при этом



имеет от-

рицательное значение. Гидравлические исследовательские установки позволяют

получать давления до нескольких сотен мегапаскалей, установки типа накова-

лен Бриджмена — до нескольких тысяч мегапаскалей. В условиях высоких дав-

лений исследовали многие свойства материалов: упругие и прочностные харак-

теристики, фазовые переходы, электрическое сопротивление, диэлектрическую

проницаемость и др. [1, 2]. Данные эксперименты позволили обнаружить мно-

гие интересные эффекты. Результаты исследования деформирования и разру-

шения материалов в условиях высоких давлений показали, например, что для

многих изотропных металлов пределы текучести и прочности не зависят от



Этот факт лег в основу классических теорий прочности и пластичности изо-

тропных материалов. В результате экспериментов выявили, что изотропные

металлы, хрупкие при атмосферном давлении, в условиях высокого давления

проявляют пластические свойства. У однонаправленных композиционных ма-

териалов, нагружаемых вдоль направления армирования на растяжение, с воз-

растанием наложенного гидростатического давления дисперсный вид разруше-

ния изменяется на локальный [3]. В условиях высокого давления возможны фа-

зовые превращения в веществе — в результате меняются его свойства. Наиболее

известный факт такого рода — превращение углерода в алмаз [2].

Значительно меньше исследований проведено при трехосном растяжении

образцов материалов, т.

е. при положительных значениях параметра



Мето-

дика таких испытаний отработана недостаточно. Есть только отдельные публи-

кации по этой теме. В работе [4] описана экспериментальная установка для со-

здания трехосного напряженного состояния в материале кубических образцов.

Проанализировано распределение напряжений в кубическом образце, приведе-

ны данные экспериментов циклического нагружения материала в трех взаимно

перпендикулярных направлениях. В работе [5] приведена конструкция экспе-

риментальной установки для испытания крестообразных образцов при трехос-

ном напряженном состоянии. Крестообразные образцы используются, как пра-

вило, для создания двухосного напряженного состояния [6–8]. Установки для

таких испытаний при соответствующей модернизации могут применяться для

трехосных испытаний.

В настоящей работе рассматривается конструкция установки для испыта-

ний образцов при трехосном напряженном состоянии. Для испытаний предла-

гаются образцы кубической формы. Проведенное методом конечных элементов

исследование распределения напряжений при равномерном трехосном растя-

жении показывает наличие концентрации напряжений в некоторых зонах.

В связи с этим рассмотрены возможные изменения в конструкции образцов,

позволяющие уменьшить концентрацию напряжений.

Техника эксперимента.

Чертеж образца (куб 38



38 мм [9]), предна-

значенного для испытаний на трехосное растяжение, представлен на рис. 1. На

каждой грани куба имеется по два взаимно перпендикулярных пропила. Обра-

зец нагружается с помощью уголков захватов, которые входят в эти пропилы.