Экспериментальное исследование энергетического баланса динамически нагруженной меди (стр. 3 )

Табл. 2.

Маркировка образца	Число нагружений	Полная деформация, %	Тепло, , Дж	Работа, А, Дж
c14	1	12	9,2	27	0,66
c15	1	13	9,8	25	0,61
c15	2	21	17	32	0,48
c16	2	21	16	29	0,45
c18	2	22	20	38	0,48
c18	3	29	22	44	0,50
c20	1	15	12	35	0,65
c20	2	23	17	35	0,51
c20	3	27	12	23	0,49
c22	1	15	12	35	0,65
c22	2	23	17	42	0,61
c26	1	5,4	1,5	6,4	0,77
c27	1	5,6	2,1	6,6	0,68

Работа А, затраченная на пластическое деформирование образцов, определяется из полученных диаграмм напряжение-деформация и сопоставля-ется с количеством выделившегося тепла. Соотношение характеризует энергию, запасённую в структуре деформированного образца.

Рис. 2. Изменение доли запасённой энергии в полной механической работе

в зависимости от полной деформации образцов (серия с).

Окончательные результаты приведены на Рис.2. Область, расположенная выше отметок, соответствует выделившемуся теплу, а ниже – энергии, оставшейся в упругих полях структуры материала в результате пластического деформирования.

Эксперименты с образцами серии da.

Проведены эксперименты по однократному нагружению образцов серии da с постепенным увеличением остаточной деформации. В Табл.3-4 приведены экспериментальные данные и результаты их обработки.

Табл. 3.

Маркировка образцов	Деформация, %	Скорость ударника, м/с	Скорость деформации, с-1	Напряжение, ГПа
da8	7,1	12,2	1,8	0,16
da9	8,4	14,4	2,3	0,17
da10	8,8	16,0	2,6	0,17
da11	9,8	17,1	2,7	0,20
da12	11	19,0	3,0	0,18
da13	12	18,8	2,8	0,24

Табл. 4.

Маркировка образцов	Работа, А, Дж	Тепло, , Дж
da8	12	4,0	0,67
da9	15	6,3	0,59
da10	17	9,1	0,48
da11	21	10	0,51
da12	23	14	0,40
da13	27	17	0,38

Рис.3. показывает, что доля запасённой энергии, как и в случае последовательного повторного нагружения образцов (Рис.2), уменьшается с ростом остаточной деформации (соответственно с увеличением скорости ударника).

Рис. 3. Зависимость доли запасённой энергии в полной механической работе

в зависимости от деформации образцов (серия da).

Корреляция между качественными зависимостями, показанными на Рис.2 и Рис.3, оправдывает предложенный в настоящей работе способ последова-тельного нагружения образцов.

Эксперименты с образцами серий da и d

Деформирование образца, если деформации достаточно велики, сопровождается возникновением повреждённости, остаточных напряжений, пор, и т. п. Снятие внешней нагрузки запускает процессы релаксации, которые должны привести материал к новому равновесному состоянию. Так же, как и процесс деформирования, эти процессы сопровождаются перераспределением полной внутренней энергии материала, что неизбежно отразится на текущей температуре образца материала. Таким образом, непрерывная запись темпера-туры образца до, во время и после завершения процесса деформирования, может служить индикатором процесса перераспределения полной внутренней энергии.

Для непрерывной записи температуры в следующей серии экспериментов использовался цифровой мультиметр АРРА 207, через оптический интерфейс RS-232 сопряжённый с компьютером. К медным образцам серий da и d на боковые поверхности были припаяны термопары медь-константан, второй спай которых поддерживался при постоянной температуре.

Длительность динамического нагружения, диапазон скоростей деформа-ции, способ обработки данных по деформациям и напряжениям соответст-вовали измерениям, проведённым с помощью адиабатического калориметра.

В Табл.5 для каждого из образцов приводятся скорость ударника, величина деформации, средняя скорость деформации, максимальное значение напряжения в образце и величина механической работы, затраченной на деформирование образца.

Табл. 5.

Маркировка образцов	Деформация, %	Скорость ударника, м/с	Скорость деформации, с-1	Напряжение, ГПа	Работа, А, Дж
da15	8,1	13,6	1,9	0,21	15
da16	8,8	13,8	2,0	0,18	14
da20	7,7	13,2	2,0	0,18	14
d20	9,1	17,0	2,4	0,20	18
d21	8,8	17,3	2,4	0,20	19
d25	11	17,9	2,2	0,24	18

В Табл.6 приведены результаты измерений температуры.

Табл. 6.

Маркировка образцов	T0, 0C	T1, 0C	T2, 0C	Тепло, , Дж	Тепло, , Дж
da15	24,0	26,2	25,7	6,0	7,7
da16	24,0	26,1	25,3	4,5	7,4
da20	24,1	26,1	25,8	5,8	7,1
d20	24,0	26,6	26,2	7,6	9,3
d21	25,0	27,5	27,1	7,4	8,8
d25	25,0	28,8	27,8	10	13

До нагружения каждый образец был зажат между мерными стержнями и имел температуру T0 (Рис.4). В результате динамического сжатия образец нагрелся до температуры T1. Затем следует зависимость температуры образца от времени, близкая к линейной, продолжительностью порядка 10 секунд. После этого образец приходит в тепловое равновесие с атмосферой (температура T2).