1. Введение
Исследования прочности деталей машин и конструкций в зависимости от вида возникающего в них напряженно-деформированного состояния (НДС) проводятся, как правило, на основе испытания специальных лабораторных образцов, способных создавать в своей рабочей зоне НДС с требуемыми параметрами
[1][2][3][4]
В работе описываются экспериментально-расчетные исследования НДС (далее – деформационных характеристик) лабораторного призматического образца, способного моделировать в своей рабочей зоне двухосное растяжение материала с различным соотношением величин главных напряжений с целью оценки достоверности этого НДС, полученного в результате расчетных исследований методом конечных элементов (МКЭ). Испытание такого образца осуществляется на стандартном оборудовании с одним силовым приводом
[5][6]
2. Методы и принципы исследования
Для оценки достоверности деформационных характеристик предложенных образцов, полученных в результате исследований по МКЭ, проводились экспериментальные исследования перемещений и деформаций этих образцов. В исследовании использовался метод корреляции цифровых изображений (МКЦИ)
[9][7][8][8][8][9]
Наиболее важным параметром, определяющим точность получаемых экспериментальных данных на основе использования системы Vic–3D, является уровень дискретности спекл-структуры, связанной с поверхностью объекта. Для обеспечения метрологически необходимой спекл-структуры на поверхности образца и оценки достоверности получаемых деформационных характеристик проведены тестовые испытания на растяжение плоских образцов, имеющих центральные круглые отверстия
[2][10][10]
Геометрические размеры призматического образца
Для оценки деформационных характеристик призматических образцов в процессе их испытания использовался образец с образцов, осуществлялось на испытательной машине Instron 5989 (рис. 3). Для создания двухосного растяжения материала в образце использовались опоры 3 и 4 (рис. 3, а), последняя размещаемая на столе испытательной машины (рис. 3, б).
Измерение перемещений и деформаций выполнялось для боковой поверхности призматического образца, доступной для фотофиксации цифровыми камерами с помощью МКЦИ. Нагружение призматического образца выполнялось при постоянной скорости нагружения 2 мм/мин. Таким образом, полученные экспериментальные поля компонент перемещений и деформаций позволят далее сравнить их с результатами соответствующих расчетными данными по МКЭ
[6]
На рис. 4,
Лабораторная установка для испытания призматических образцов
Деформированное состояние призматического образца
3. Результаты экспериментальных и расчетных исследований
На рис. 4-6 представлены результаты распределения полей перемещений и деформаций боковой поверхности исследуемого образца на стадии упругого деформирования его материала, зарегистрированное с помощью системы Vic–3D. На рис. 4,
Распределение экспериментального поля продольных Δlxx (а) и осевых Δlyy(б) перемещений
Распределение экспериментального поля продольных εxx (в) и осевых εyy (г) деформаций
Распределение экспериментального поля сдвиговой εxy (д) деформации и интенсивности εi (е) деформаций в результате обработки системой Vic-3D
Распределение расчетного поля продольных Δlxx (а) и осевых Δlyy(б) перемещений
Распределение расчетного поля продольных εxx (в) и осевых εyy (г) деформаций
Распределение расчетного поля сдвиговой εxy (д) деформации и интенсивности εi (е) деформаций в результате вычислительного эксперимента по МКЭ
[11]
В качестве меры относительной погрешности расхождения результатов физического эксперимента при использовании системы Vic-3D с данными численного моделирования рассматривалось отношение
где
Расположение контрольных точек на боковой поверхности образца
Погрешность расхождения сравниваемых перемещений и деформаций в контрольных точках исследуемой поверхности образца
4. Заключение
По совокупности представленных экспериментальных данных можно заключить, что численная модель деформирования образцов призматического типа позволяет определять их НДС с относительной погрешностью, не превышающей 14%. Это обстоятельство подтверждает адекватность принятых расчетных схем и дискретных моделей, разработанных на основе трехмерных уравнений теории упругости.
Полученный в работе анализ деформационных характеристик призматических образцов позволяет в дальнейшем использовать эти образцы для оценки конструкционной прочности различных материалов и реализовать предложенную в
[12]