Деформационное тепло при растяжении стальных элементов

Целью работы является приближенная расчетно-экспериментальная оценка удельной энергоемкости и теплообразования на различных стадиях работы материала при растяжении образца. В статье рассмотрен приближенный метод оценки удельной энергоемкости и теплообразования на четырех стадиях деформирования растяжением стального образца. Конечно-элементное моделирование работы изготовленного образца при упругопластическом растяжении было выполнено в многофункциональном программном комплексе ANSYS. Нагрузка в цифровой модели образца прикладывалась согласно программе натурных испытаний. В эксперименте использовались плоские образцы по ГОСТ 1497, испытательная машина WAW-1000 с микрокомпьютером 100Т, тепловизор testo 875i с температурной чувствительностью 0,05 °C при 30 °C. Сопоставили полученные значения на графиках натурных испытаний и цифровой модели образцов, выявив критические точки и величины отклонений. Поэтапное загружение выявило, что развитие разрушения происходит на ниспадающих ветвях и сопровождается поэтапным развитием локальной неустойчивости пластического деформирования в форме «шейки». Показано, что температура нагрева растягиваемого металла может быть рассчитана по предлагаемым в статье формулам или расчетом с использованием программного комплекса ANSYS. Результаты испытаний показали, что температуры поверхности образцов на каждой стадии существенно отличаются, выделили четыре основных участка на графике изменения температуры поверхности образца в точке. Выполнен анализ существующей базы измерительных приборов и возможности получения и обработки данных. Экспериментальные величины температур поверхности при непрерывном квазистатическом деформировании превышают их расчетные значения (до 5 раз). Кинетика изменений температурного поля поверхности образца выполнялась термографическими приборами.

1. Nishina Yoshiaki. Various Measurement Technologies (Temperature/Stress/Fatigue/Crack) with Highly Precise Infrared Thermography and Their Applications / Nishina Yoshiaki, Imanishi Daisuke, Shibuya Kiyoshi // JFE Technical Report. 2012. No 17. Р. 10–16.

2. Мойсейчик, Е. А. Тепловой контроль материалов, стальных конструкций и машин / Е. А. Мойсейчик. Минск: Ковчег, 2022. 200 с.

3. Фам, Д. К. Кинетика накопления повреждений и критерий предельного состояния конструкционных материалов / Д. К. Фам, А. Н. Бабак, В. В. Коваль // Mechanics and Advanced Technologies. № 1 (82). 2018. С. 131–138. https://doi.org/10.20535/2521-1943.2018.82.

4.

5. Мойсейчик, А. Е. Основы теплового контроля несущих конструкций с использованием деформационного теплообразования / А. Е. Мойсейчик, Е. А. Мойсейчик // Неразрушающий контроль и диагностика. 2014. № 3. С. 3–19.

6. Глушков, С. П. Экспериментальная оценка долговечности сварных металлических пролетных строений мостов методом инфракрасной термографии / С. П. Глушков, Л. Ю. Соловьев, А. Л. Соловьев // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2018. № 2 (45). С. 63–71.

7. Sakagami, T. Application of Infrared Thermography to Structural Integrity Evaluation of Steel Bridges / T. Sakagami, Y. Izumi, S. Kubo // Journal of Modern Optics. 2010. Vol. 57, No 18. P. 1738–1746. https://doi.org/10.1080/09500340.2010.511289.

8. Яковлев, А. А. Удельная энергоемкость и теплообразование в стальных образцах при квазистатическом растяжении / А. А. Яковлев, Е. А. Мойсейчик, А. Е. Мой-сейчик // Теоретическая и прикладная механика: междунар. науч.-техн. сб. Минск: БНТУ, 2023. Вып. 38. С. 112–117.

9. Rosakis, P. A. A Thermodynamic Internal Variable Model for the Partition of Plastic Work into Heat and Stored Energy in Metals / P. A. Rosakis, A. I. Rosakis, G. Ravichandran, J. Hodowany // Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2000. Vol. 48, Nо 3. P. 581–607. https://doi.org/10.1016/s0022-5096(99)00048-4.

10. Zaera, R. On the Taylor–Quinney Coefficient in Dynamically Phase Transforming Materials. Application 304 stainless steel / R. Zaera, J. A. Rodriguez-Martinez, D. Rittel // International Journal of Plasticity. 2012. Vol. 40. P. 185–201. https://doi.org/10.1016/j.ijplas. 2012.08.003.

11. Динамические термографические методы неразрушающего экспресс-контроля / Д. Ю. Головин [и др.]; под общ. ред. Ю. И. Головина. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2019. 214 с.