ИССЛЕДОВАНИЕ ПОДЛИННОГО НАПРЯЖЕНИЯ-ПОДЛИННОЙ ДЕФОРМАЦИИ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье исследуется инженерные соотношения между напряжением и деформацией, а также  предлагается материал с истинным напряжением и истинной деформацией. В ходе этого исследования были установлены истинные соотношения напряжения и истинной деформации для конструкционных сталей в целом и для сталей марок A992 и 350W в частности.

ABSTRACT

This article discusses the engineering relationship between stress and strain and the assumed matter with true stress and true strain. This study revealed true stress and true strain for structural steels in general, and for A992 and 350W steels in particular.

Ключевые слова: Анализ, сталь, элемент, метод, модель, расширение, конструкция, параметр, свойство, испытания.

Keywords: Analysis, steel, element, method, model, extension, construction, parameter, property, tests.

Численный анализ на основе метода конечных элементов (FE-) и другие методы численного анализа широко используются в исследованиях конструкционной стали, а также при анализе и проектировании стальных конструкций и элементов. В исследованиях методы численного моделирования часто используются для эффективного расширения ограниченных экспериментальных результатов и используются для изучения влияния соответствующих параметров, связанных с проблемой. Однако такие имитационные модели для конструкционной стали требуют использования реалистичных соотношений напряжения и деформации материала, часто вплоть до разрушения. Механические свойства материала металлического типа, такого как сталь, обычно определяют с помощью испытания на одноосное растяжение.

Такой протокол испытаний на растяжение [ 1], который изначально был создан только для использования в сравнении различных сталей, устанавливает инженерное напряжение и инженерную деформацию. Рисунок 1показывает типичную инженерную зависимость между напряжением и деформацией для стали (сплошная линия), где напряжение было рассчитано как нагрузка, деленная на исходную площадь поперечного сечения растянутого образца, а инженерная деформация была рассчитана как изменение длины, деленное на исходный калибр длина. Такие расчеты, которые не учитывают изменение площади при возрастающих нагрузках, используются для удобства измерения размеров и всегда будут показывать диапазон упругости (область-I), диапазон деформационного упрочнения (область-IV) и диапазон деформационного разупрочнения (Регион-V). Зависимость напряжения от деформации, установленная на основе мгновенных деформированных размеров испытательного образца, известна как зависимость подлинного напряжения от подлинной деформации (штриховая линия на рис. 1 ).).

Для всех практических целей инженерные соотношения и истинные соотношения совпадали бы до предела текучести; однако эти два отношения будут расходиться дальше этой точки. Рисунок 1показывает качественные различия между инженерным соотношением напряжения и деформации и истинным соотношением напряжения и деформации. Точное численное моделирование задач с большими деформациями, таких как анализ отказов стальных конструкций и элементов, обработка металлов давлением, резка металлов и т. д., потребует реализации и использования характеристик материалов с истинным напряжением и подлинной деформацией. Целью данного исследования является разработка истинных соотношений напряжения и подлинной деформации для конструкционных сталей в целом и для сталей марок A992 и 350W в частности. В этой статье устанавливаются пятиэтапные модели подлинного напряжения и подлинной деформации для конструкционных сталей, основанные на численном моделировании, откалиброванном по экспериментальным результатам испытаний на одноосное растяжение. Впоследствии,

Рисунок 1. Инженерные соотношения между напряжением и деформацией и предлагаемая модель материала с истинным напряжением и подлинной деформацией

Стандартное испытание на одноосное растяжение, как правило, обеспечивает основные механические свойства стали, требуемые проектировщиком конструкций; таким образом, заводские сертификаты предоставляют такие свойства, как предел текучести , предел прочности и деформация при разрушении.𝐹𝑦𝐹𝑢𝜀𝑓. Параметры напряжения устанавливаются с использованием исходной площади поперечного сечения образца, а средняя деформация в пределах расчетной длины устанавливается с использованием исходной расчетной длины. Из-за использования исходных размеров в инженерных расчетах напряжения-деформации такие отношения всегда будут показывать диапазон упругости, диапазон деформационного упрочнения и диапазон деформационного разупрочнения. По мере увеличения нагрузки и когда образец начинает разрушаться, площадь поперечного сечения в месте разрушения резко уменьшается, что известно как «утяжка» сечения. Как правило, размягчение деформации связано с диапазоном образования шейки в тесте. Как только образец начинает сужаться, распределение напряжений и деформаций становится сложным, и становится трудно установить величину таких величин [ 2 ].]. Из-за неравномерного распределения напряжения-деформации, существующего в шейке при высоких уровнях осевой деформации, давно признано, что необходимо учитывать изменения геометрических размеров образца, чтобы правильно описать реакцию материала во время всей деформации. процесс вплоть до разрушения [3 , 4]. Соотношение подлинного напряжения и подлинной деформации основано на мгновенных геометрических размерах испытуемого образца. Рисунок 1 иллюстрирует инженерную взаимосвязь между напряжением и деформацией и истинную зависимость между напряжением и подлинной деформацией для конструкционных сталей.

Строительство стальных конструкций часто требует изготовления отверстий в полках стальных балок [14]. Если для таких исследований или других подобных исследований стальных конструкций и элементов необходимо построить модели конечных элементов, то такие модели конечных элементов требуют реалистичных соотношений напряжения и деформации материала, которые также могут охватывать разрушение стали. Традиционные испытания на одноосное растяжение дают результаты инженерной деформации с инженерным напряжением, которые не являются точными, особенно в диапазоне деформационного упрочнения и в диапазоне послепредельной прочности.

Список литературы:

1. ASTM, «Стандартные методы испытаний и определения для механических испытаний стальных изделий — стандарты ASTM A370-10», Американское общество испытаний и материалов, США, 2010 г.
2. AC Mackenzie, JW Hancock и DK Brown, «О влиянии напряженного состояния на инициирование вязкого разрушения в высокопрочных сталях», Engineering Fracture Mechanics , vol. 9, нет. 1, стр. 167–188, 1977.
3. EE Cabezas и DJ Celentano, «Экспериментальный и численный анализ испытания на растяжение с использованием листовых образцов», Finite Elements in Analysis and Design , vol. 40, нет. 5–6, стр. 555–575, 2004 г.
4. К. Т. Жакес и К. Франк, "Характеристика свойств материала прокатных профилей", Tech. Отчет SAC/BD-99/07, Совместное предприятие SAC, США, 1999 г.
5. П. Арасаратнам, К. С. Сивакумаран, и М.Дж. Тейт “True Stress-True Strain Models for Structural Steel Element”, International scholary reserch notices, Канада, 2011 г