Исследование механических свойств технического пластилина при квазистатическом и динамическом деформировании
- Авторы: Сапожников СБ1, Игнатова АВ1
- Учреждения:
- Южно-Уральский государственный университет
- Выпуск: № 2 (2014)
- Страницы: 200-219
- Раздел: Статьи
- URL: https://ered.pstu.ru/index.php/mechanics/article/view/304
- DOI: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2014.2.200-219
- Цитировать
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.
Ключевые слова
технический пластилин, пластичность, вязкость, растяжение, сжатие, сдвиг, скорость деформирования, диаграмма деформирования, предел текучести, твердость.
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
- NIJ Standard-0101.04. Ballistic Resistance of Personal Body Armor / National Institute of Justice Office of Science and Technology, September 2000. - 67 p.
- NIJ Standard-0115.00. Stab Resistance of Personal Body Armor / National Institute of Justice Office of Science and Technology, September 2000. - 46 p.
- Park J.-J. Finite-element analysis of cylindrical-void closure by flat-die forging // ISIJ International. - 2013. - Vol. 53. - No. 8. - P. 1420-1426.
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- Sofuoglu H., Rasty J. Flow behavior of Plasticine used in physical modeling of metal forming processes // Tribology International. - 2000. - Vol. 33. - P. 523-529.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
- Марковец, М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. - М.: Машиностроение, 1979. - 191 с.
- Лурье А.И. Теория упругости. - М.: Наука, 1970. - 940 с.
- Филоненко-Бородач М.М. Теория упругости. - М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1959. - 364 с.