Динамическое поведение меди при высокоскоростной деформации на стержне Гопкинсона

В.А. Баранников, Е.А. Николаева (Пермь)

Разрезной стержень Гопкинсона – современное экспериментальное оборудование для изучения поведения материала при высоких скоростях деформации. Метод использует свойства распада разрыва волны, проходящей через стержни, и основан на точном решении волнового уравнения, что обеспечивает высокую точность результатов эксперимента. Обычный разрезной стержень Гопкинсона состоит из двух длинных стержней (входного и выходного), между которыми располагается образец в форме диска, ударника, газовой пушки и регистрирующей аппаратуры. При ударе снаряд передает импульс упругого сжимающего напряжения во входной стержень. Часть его проходит в образец, а часть отражается, вследствие разницы в площадях сечений и механических свойств стержня и образца. Тензодатчики, находящиеся посредине входного и выходного стержней, позволяют измерить прошедший импульс (напряжение) и отраженный импульс (скорость деформации) в образце. Точная форма прошедшего и отраженного импульсов определяется величиной площади сечения и механическими характеристиками материала образца. По данным импульсов деформации, зарегистрированным тензометрическими датчиками на стержнях, строятся диаграммы  для материала при различных скоростях деформации.

В работе был использован «Метод убегающего стержня», в котором выходной стержень более короткий, чем входной. В то время как отраженная волна растяжения во входном стержне достигает образца, выходной стержень «убегает» от последнего, что позволяет в этот момент удалить образец, обеспечивая однократное нагружение материала и делая возможным установить микроструктурные изменения, связанные с историей нагружения. В работе исследовано поведение меди при скоростях деформации порядка 500 – 3500 с-1. Каждый образец испытывал однократное нагружение и быстро перемещался в калориметр, посредством которого измерялась его накопленная температура, связанная преимущественно с эволюцией дефектной подсистемы. Затем образец снова подвергался однократному нагружению и т. д. (до пяти раз). От нагружения к нагружению исследовалось изменение микроструктуры материала на трехмерном профилометре New View 5000. С этой целью использовались образцы-спутники, которые деформировались при той же скорости деформации и той же истории деформирования, что и основные образцы. Построены деформационные кривые и проанализирован энергетический баланс процесса деформирования.