Предельные деформации разрушения листовых материалов изгибом с растяжением Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 539.375.5

ПРЕДЕЛЬНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ РАЗРУШЕНИЯ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗГИБОМ

С РАСТЯЖЕНИЕМ

В.В.Елисеев, А.А. Г ольцев, А.В. Стукова

В статье излагается методика испытания и определения предельных деформаций разрушения гибкой с растяжением. Данный вид испытаний позволяет определить деформации разрушения в области, близкой плоской деформации, без предварительного провоцирования развития трещины из-за технологии изготовления. Использование методики позволяет повысить точность построения диаграмм разрушения в области деформированного состояния, при котором происходит разрушение.

Ключевые слова: изгиб с растяжением, деформация разрушения, диаграмма разрушения.

Известно, что наименьшая пластичность листовых материалов достигается при деформировании в условиях близких плоской деформации. Многие операции листовой штамповки (гибка, обтяжка и др.) выполняются в условиях плоской деформации заготовки. Чтобы определить предельные деформации разрушения в этом случае, проводят испытания на изгиб. Однако при этом многие композиты по причине своей структуры не разрушаются. Поэтому для моделирования бездефектных операций листовой штамповки и прогнозирования аварийного разрушения требуются дополнительные испытания.

В докладе излагается методика испытания и расчет предельных деформаций разрушения термопластов гибкой с растяжением. Размеры образца устанавливаются в результате предварительного конечно-элементного

моделирования так, чтобы обеспечивалось заданное деформированное состояние и разрушение вблизи центра образца. .

На рис. 1 приведена диаграмма разрушения термопласта ТПО, которая

строится в координатах параметр вида

Елисеев Владимир Васильевич ВГТУ, канд. техн. наук, e-mail: evv52@bk.

Гольцев Александр Александрович ВГТУ, аспирант, e-mail: gaal@mail.ru

Струкова Анна Викторовна ВГТУ, аспирантка, e-mail: cab-84@bk.ru

деформированного состояния, равный отношению главных деформаций образца в плоскости листа - предельная деформация разрушения - эквивалентная предельная деформация материала в области разрушения.

Для построения диаграммы использовали различные виды испытаний.

—

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1

> эксперимент-----аппраіимация |

Рис. 1. Диаграмма разрушения срезом термопласта ТПО

Как видно из диаграммы, в области минимальных деформаций экспериментальные деформации имеют существенный разброс, вызванные тем, что испытываются образцы с канавками. При изготовлении создаются концентраторы и дефекты, которые провоцируют преждевременное разрушение во время деформирования. Поэтому требуются «целостные» виды деформирования, которые позволят определить деформации разрушения в области, близкой плоской деформации, без предварительного провоцирования развития трещины из-за технологии изготовления.. Таким видом испытаний мог бы быть чистый (4-х точечный) или поперечный (3-х точечный) изгиб, но наибольшие деформации, которые можно создать при таком виде деформирования, значительно меньше предельных для данного материала. Поэтому и предлагается изгиб с растяжением, у которого

Вид испытания ЭкЕ.деформацня разрушения Параметр вида деформированного состояния

Ev г Alpha

Образец с отверстием 1.0132 -0.5000

0.0407 0.0000

Двухосное растяжение 1.3166 0.8701

0.0756 0.0828

Канавка под 90° 0.9078 0.0000

0.0302 0.0000

Канавка под 45й 0.7731 -0.2440

0.1884 0.0182

Продольный срез 0.7034 -1.000

0.1001 0.000

Изгиб 0° -1.000

0.000

параметр вида деформированного состояния лежит в диапазоне, близком плоской деформации а е (-0.2;0), а распределение деформации в поперечном сечении растягиваемой полосы более равномерное (см. рис.2), чем при изгибе. То есть в области разрушения не возникают градиенты деформаций и напряжений, которые могут вызвать дополнительное «градиентное» увеличение предельной деформации разрушения.

, Ъ h

____1-^ min min

Рис. 2. Схема распределения напряжений при изгибе с растяжением заготовки

Перед испытанием на образцы, в области предполагаемого разрушения наносили

делительную сетку с круглыми ячейками

диаметром й 0, измеряли ширину и толщину

параллельной части Ь0, Н0.

В процессе испытания записывали

диаграмму деформирования в координатах: усилие - перемещение пуансона. После разурешния, на микроскопе измеряют ширину и толщину образца в месте разрушения

Ьт,п > ^тт и диаметры ячеек ^х > йтп в области

разрушения в направлении главных

деформаций.

Предельную деформацию разрушения и параметр вида деформированного состояния определяли по формулам

b0h0

а =

\ех = 1п

d„

dn

-;е2 = In

d

d

(1)

-• (2)

О ^0

Чтобы учесть происходит ли частичное восстановление размеров термопластов после разрушения, дополнительно проводят испытания на растяжение и определяют коэффициент геометрического последействия, с помощью которого корректируют параметры (1), (2) в области трещины на момент

разрушения.

Параметры напряженного состояния, необходимые для построения диаграммы разрушения, определяли расчетом с помощью конечно-элементного пакета Abaqus/explicit по диаграмме среза. Использование методики позволяет повысить точность построения диаграмм разрушения в области деформированного состояния, при котором происходит разрушение термопластов.

На рис.2. предельная деформация, соответствующая определенной изгибом с растяжением показана красным кружком. Как видно из графика, разработанная методика позволяет уточнить вид диаграммы разрушения, по которой в дальнейшем выполняется расчетная оценка вероятности разрушения заготовки из испытанного материала в различных операциях листовой штамповки: например обтяжка, гибка и др.

Литература

1. Dell H., Gese. H., Oberhofer, G.: Crach FEM- A Comprehensive Approach for the Prediction of Sheet Metal Failure. Numiform ’07. American Institute of Physics (2007), pp 165-170.

2. R. Hill Mathematical theory of plasticity.-London: Oxford P. 1998.-355p.

e

e

2

Воронежский государственный технический университет

THE LIMIT FRACTURE STRAIN OF SHEET MATERIAL BY BEND WITH TENSION

TEST

V.V. Yeliseev, A.A Goltsev, A.V.Strukova

The article is develops the method test and definitions of limit fracture strain of bend with tension. This type of test is determines the strain of destruction in the region near the plane strain, without provoking the development of cracks due to manufacturing techniques.

This method is uses for improving the accuracy of development the destruction diagram in the deformed state, which the failure occurs

Key words: bend with tension test, fracture strain, damage diagram