Исследование механических свойств технического пластилина при квазистатическом и динамическом деформировании

Аннотация


В работе проведены экспериментальные исследования механических свойств технического пластилина, который представляет собой композитный материал, состоящий из матрицы (смесь парафина и масел) и порошкового наполнителя (тальк, глина, пигменты) при растяжении, сжатии, сдвиге и внедрении сферического индентора. При постоянной скорости деформирования (растяжение, сжатие) получены кривые «напряжение - деформация», характеризующиеся малым упругим участком, зоной протяженной текучести до деформаций 15-20 %. На основании экспериментальных данных получена степенная зависимость предела текучести от скорости деформирования в диапазоне 0,0004…80 c-1. Таким образом, деформирование технического пластилина может быть удовлетворительно описано упруго-вязкой моделью типа Нортона с последовательным соединением упругого и вязкого элементов. Технический пластилин при растяжении и сдвиге свыше 3-5 % деформации начинает интенсивно накапливать рассеянные микроповреждения, что не позволяет использовать сдвиговые испытания в качестве тестовых при определении предела текучести подобно известным методикам для металлов. Пределы текучести при сжатии и растяжении при одинаковых скоростях деформирования близки. При внедрении сферического индентора диаметром 43 мм в пластилиновый блок толщиной 75 мм получена линейная диаграмма «усилие - глубина внедрения» вплоть до глубины 3 мм, что позволило считать постоянной величину твердости пластилина при определенной скорости деформирования. Удалось получить также динамическую твердость как энергию падающего тела, деленную на объем отпечатка в пластилине. Статическое и динамическое индентирование представляет собой перспективный метод исследования пластических свойств материалов в силу своей простоты. Однако необходимо установить корреляционный коэффициент, связывающий значение твердости с пределом текучести. Для рассмотренного материала такой коэффициент составил 0,24 при отсутствии трения между телами.

Об авторах

С Б Сапожников

Южно-Уральский государственный университет

Email: ssb@susu.ac.ru
454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76

А В Игнатова

Южно-Уральский государственный университет

Email: ign.nastya@gmail.com
454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76

Список литературы

  1. NIJ Standard-0101.04. Ballistic Resistance of Personal Body Armor / National Institute of Justice Office of Science and Technology, September 2000. - 67 p.
  2. NIJ Standard-0115.00. Stab Resistance of Personal Body Armor / National Institute of Justice Office of Science and Technology, September 2000. - 46 p.
  3. Park J.-J. Finite-element analysis of cylindrical-void closure by flat-die forging // ISIJ International. - 2013. - Vol. 53. - No. 8. - P. 1420-1426.
  4. Segawa A., Kawanami T. Rolling-deformation characteristics of clad materials determined by model experiment and numerical simulation: experimental rolling tests using plasticine // Journal of Materials Processing Technology. - 1995. - Vol. 47. - P. 375-384.
  5. Zulauf J., Zulauf G. Rheology of plasticine used as rock analogue: the impact of temperature, composition and strain // Journal of Structural Geology. - 2004. - Vol. 26. - P. 725-737.
  6. Exploring material flow in friction stir welding: Tool eccentricity and formation of banded structures / F. Gratecap, M. Girard, S. Marya, G. Racineux // International Journal of Material Forming. - 2012. - Vol. 5. - P. 99-107. doi: 10.1007/s12289-010-1008-5
  7. An inverse technique for evaluation of flow parameters of modeling materials using extrusion / K.K. Pathak, A.K. Soni, M. Sharma, M.M. Sahu // Experimental Techniques. - 2013. - Vol. 37. - No. 2. - P. 16-22. doi: 10.1111/j.1747-1567.2011.00745.x
  8. Sofuoglu H., Rasty J. Flow behavior of Plasticine used in physical modeling of metal forming processes // Tribology International. - 2000. - Vol. 33. - P. 523-529.
  9. Bhattacharjee D., Kumar A., Biswas I. Energy absorption and dynamic deformation of backing material for ballistic evaluation of body armour // Defence Science Journal. - 2013. - Vol. 63. - No. 5. - P. 462-466.
  10. Johnson W., Sengupta A.K., Ghosh S.K. Plasticine modelled high velocity oblique impact and ricochet of long rods // International Journal of Mechanical Sciences. - 1982. - Vol. 24. - No. 7. - P. 437-455.
  11. Долганина Н.Ю. Оценка баллистического предела и прогиба многослойных тканевых пластин при ударе индентором // Вестник ЮУрГУ. Машиностроение. - 2010. - Вып. 15, № 10 (186). - С. 17-23.
  12. Bivin Yu. K. Strain and Fracture of Circular Plates under Static and Dynamical Loading by a Spherical Body // Mechanics of Solids. - 2008. - Vol. 43. - No. 5. - P. 798-807. doi: 10.3103/S0025654408050154
  13. Bivin Yu.K., Simonov I.V. Mechanics of Dynamic Penetration into Soil Medium // Mechanics of solids. - 2010. - Vol. 45. - No. 6. - P. 892-920. doi: 10.3103/S0025654410060130
  14. Karahan M., Kus A., Eren R. An investigation into ballistic performance and energy absorption capabilities of woven aramid fabrics // International Journal of Impact Engineering. - 2008. - Vol. 35. - No. 6. - P. 499-510.
  15. Cork C.R., Foster P.W. The ballistic performance of narrow fabrics // International Journal of Impact Engineering. - 2007. - Vol. 34. - No. 3. - P. 495-508. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2005.10.006
  16. Исследование закономерностей локализации пластической деформации при высокоскоростном пробивании образцов из сплава А6061 / Е.А. Ляпунова, М.А. Соковиков, В.В. Чудинов, С.В. Уваров, О.Б. Наймарк // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Механика. - 2010. - № 2. - С. 79-86.
  17. Zhang P., Li S.X., Zhang Z.F. General relationship between strength and hardness // Materials Science and Engineering: A. - 2011. - Vol. 529. - P. 62-73.
  18. Стоев П.И., Мощенок В.И. Определение механических свойств металлов и сплавов по твердости // Вестник Харьковского научного университета им. Каразина. - 2003. - Т. 601, № 2(22). - С. 106-112.
  19. Марковец, М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. - М.: Машиностроение, 1979. - 191 с.
  20. Лурье А.И. Теория упругости. - М.: Наука, 1970. - 940 с.
  21. Филоненко-Бородач М.М. Теория упругости. - М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1959. - 364 с.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 449

PDF (Russian) - 210

Cited-By


PlumX


© Сапожников С.Б., Игнатова А.В., 2014

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах