Obrabotka Metallov 2014 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (65) 2014 63 ТРУДЫ КОНФЕРЕНЦИИ напряжений и снижению амплитуды появления пластического гистерезиса (сталь 30Х, [4]). Та- кая же картина наблюдается и у ПММА после термомеханического нагружения (рис. 2). Это снижение свидетельствует об увеличении вну- тренних напряжений, от которых возникают микропластические деформации, приводящие к усталостному разрушению [5, 6]. Появление повреждений снижает и жесткость материала, по изменению которой можно судить об их на- коплении [7]. При усталостном же разрушении, когда концентрация повреждений не столь вели- ка, изменение неупругих деформаций, например металлических сплавов, в результате приобрета- емых повреждений трудно отделить от других причин [8]. В этом случае, а также во всех других, когда требуется разделить изменение структур- ного состояния материала и долю израсходован- ного материалом ресурса долговечности, только с помощью испытаний на остаточную долговеч- ность со специальной процедурой обработки по- лученных данных можно получить однозначную оценку произошедших изменений [7]. Разрушение КМ как конструкции, состоя- щей из различных материалов и дополнительно характеризующейся прочностными свойствами адгезионных контактов между ними, имеет свои особенности. В процессе разрушения в нем сна- чала появляются расслоения, а позднее − разры- вы волокон [9]. Это заметно изменяет жесткость КМ и величину его неупругих деформаций. Кро- ме увеличения раскрытия петель неупругости наблюдаются также их искривления, не симме- тричные относительно средних значений напря- жений. Искривления тем больше, чем меньше уровень напряжений. Анализ кинетики дефор- мирования свидетельствует об участии сил тре- ния при относительных перемещениях разорван- ных пучков волокон. Степень поврежденности КМ как переход в некоторое другое структурное состояние можно, таким образом, оценивать по изменению его неупругих характеристик, а дол- говечность – по скорости изменения жесткости, связанной с началом разрывов волокон. Методика экспериментального исследования Изменение структурного состояния КМ в процессе разрушения в большей мере обнаружи- вает себя при изгибных деформациях или дефор- мациях кручения, поскольку в этом случае свой- ства связующего и его адгезионного контакта с волокном играют основную роль. Такие схемы нагружения КМ предпочтительны для процедур диагностики их поврежденности. Поэтому для экспериментального исследования был выбран метод продольного изгиба, при котором неболь- шими усилиями можно получить значительную величину изгибающего момента, не создавая контактных напряжений в зонах его разруше- ния. Усилия и перемещения при этом могут быть измерены с весьма малыми погрешностями. А имея теоретическое решение задачи продоль- ного изгиба упругого стержня [10] и сопостав- ляя с ним экспериментальные данные реального КМ, можно анализировать кинетику его разру- шения. Проведены испытания стержней однона- правленного стеклопластика диаметром 5,5 (длина 350 мм) и 7,5 мм (длина 400 мм) цикличе- ским продольным изгибом на машине MTS-10. Стержни устанавливались на шарнирные опоры, оси поворота которых совпадали с торцевыми поверхностями стержней. Для измерения сил на неподвижный захват испытательной машины устанавливался датчик силы, откалиброванный образцовыми грузами в диапазоне 0…100 кгс. Подвижный захват крепился к штоку гидроци- линдра испытательной машины. Нагружение осуществлялось по перемещению с погрешно- стью 0,01 мм. Испытания проводились при постоянном среднем значении перемещения подвижной опо- ры относительно неподвижной и нескольких значениях амплитуды перемещения с частотой 1 Гц. Во время испытаний измерялись макси- мальные и минимальные значения силы сжатия стержней, величина которой пропорциональна их усредненной изгибной жесткости. Неупру- гие деформации периодически оценивались по наибольшей разности между значениями сил в цикле нагружение − разгрузка. Измерение не- упругости проводилось при постоянном мини- мальном значении перемещения 2 мм на частоте 0,1 Гц, чтобы избежать динамических эффектов. Результаты и обсуждение Пробные испытания стержней Æ 7,5×400 мм показали, что изменение жесткости в процессе наработки циклическим изгибом имеет харак-