Свойства диаграмм истинных напряжений в области сосредоточенной деформации и разрушения материалов при растяжении

Проведены испытания стальных образцов на растяжение с построением восстановленных и невосстановленных диаграмм истинных напряжений. Показано, что диаграммы растяжения в координатах истинные напряжения – истинные деформации в области сосредоточенной деформации имеют вид наклонной восходящей прямой линии, вплоть до разрушения. Установлено, что прямолинейность диаграммы выдерживается и для аустенитной стали, в структуре которой образуется мартенсит под воздействием пластической деформации. В отличие от этих диаграмм, у диаграмм растяжения в координатах истинные напряжения – условное относительное сужение происходит нарушение прямолинейности с отклонением вверх на заключительной стадии сосредоточенной деформации. При использовании поправки Н. Н. Давиденкова рассчитанные значения истинного сопротивления разрыву понижаются и приближаются к прямой линии диаграммы. Несмотря на то, что невосстановленные значения истинных напряжений и истинных деформаций превосходят восстановленные значения при одном и том же усилии растяжения, они укладываются на одни и те же линии диаграмм на разных стадиях деформирования материала. Для диаграмм в координатах истинные напряжения – условное относительное сужение возможно применение правила Кербера при условии четкого выявления достаточно протяженного прямолинейного участка диаграммы после достижения истинного временного сопротивления, чтобы выполнить экстраполяцию этого участка до относительного сужения, равного единице. Несмотря на прямолинейность диаграмм в координатах истинные напряжения – истинные деформации в области сосредоточенной деформации, правило Кербера для них не применимо из-за неопределенности расчета истинной логарифмической деформации при относительном сужении, равном единице. Вместе с тем наличие прямолинейного участка на этих диаграммах на всем протяжении сосредоточенной деформации значительно упрощает получение всей диаграммы растяжения, вплоть до разрушения.

1. Bridgman P. W. Studies in Large Plastic Flow and Fracture. — New York: McGraw Hill, 1952. — 365 p.

2. Bridgman P. W. The Stress Distribution at the Neck of a Tension Specimen / Transactions of the American Society for Metals. 1944. Vol. 32. P. 553 – 574.

3. Korber F., Mitt K. W. Verfestigung und Zugfestigkeit-Ein Beitrag zur Mechanik des Zerreissversuches Plasticher Metalle / Stahl und Eisen. 1922. Vol. 3. Heft 2. Bd. 3.

4. Марковец М. П. Диаграммы истинных напряжений и расчет на прочность. — М.: Оборонгиз, 1947. — 138 с.

5. Давиденков Н. Н. Получение диаграмм растяжения на основании определения твердости / Журнал технической физики. 1943. Т. 13. № 7 – 8. С. 389 – 393.

6. Давиденков Н. Н., Беляев С. Е., Марковец М. П. Получение основных механических характеристик стали с помощью измерения твердости / Заводская лаборатория. 1945. Т. 11. № 10. С. 964 – 973.

7. Давиденков Н. Н., Спиридонова Н. И. Анализ напряженного состояния в шейке растянутого образца / Заводская лаборатория. 1945. Т. 11. № 6. С. 583 – 593.

8. Давиденков Н. Н. О природе шейки при растяжении образца / Журнал технической физики. 1955. Т. 25. № 5. С. 877 – 880.

9. Матюнин В. М., Марченков А. Ю., Терентьев Е. В. и др. Образование мартенсита при индентировании и растяжении метастабильной аустенитной стали и его влияние на показатели упрочнения / Деформация и разрушение материалов. 2017. № 10. С. 38 – 40.

10. MacGregor C. W. Relations between Stress and Reduction in Area for Tensile Tests of Metals / Transactions of the Metallurgical Society of AIME. 1937. Vol. 124. P. 201 – 228.

11. Кроха В. А. Упрочнение материалов при холодной пластической деформации — М.: Машиностроение, 1980. — 157 с.

12. Zhu F., Bai P., Zhang J., et al. Measurement of True Stress-Strain Curves and Evolution of Plastic Zone of Low Carbon Steel Under Uniaxial Tension Using Digital Image Correlation / Optics and Lasers in Engineering. 2015. Vol. 65. P. 81 – 88. DOI: 10.1016/j.optlaseng.2014.06.013

13. Tardif N., Kyriakides S. Determination of Anisotropy and Material Hardening for Aluminum Sheet Metal / International Journal of Solids Structures. 2012. Vol. 49. N 25. P. 3496 – 3506. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.01.011

14. Kim J.-H., Serpantié A., Barlat F., et al. Characterization of the Post-necking Strain Hardening Behavior Using the Virtual Fields Method / International Journal of Solids Structures. 2013. Vol. 50. P. 3829 – 3842. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2013.07.018

15. Iadicola M. A. Validation of Uniaxial Data Beyond Uniform Elongation / Proceedings of 8th the International Conference and Workshop on Numerical Simulation of 3D Sheet Metal Forming Processes / AIP Conference Proceedings. 2011. Vol. 1383. P. 742 – 749. DOI: 10.1063/1.3623680

16. Paul S. K., Roy S., Sivaprasad S., et al. Local Ratcheting Response in Dissimilar Metal Weld Joint: Characterization Through Digital Image Correlation Technique / Journal of Materials Engineering and Performance. 2017. Vol. 26. N 10. P. 4953 – 4963. DOI: 10.1007/s11665-017-2919-9

17. Ghadbeigi H., Pinna C., Celotto S., Yates J. R. Local Plastic Strain Evolution in a High Strength Dual-Phase Steel / Materials Science Engineering A. 2010. Vol. 527. N 18. P. 5026 – 5032. DOI: 10.1016/j.msea.2010.04.052

18. Ghadbeigi H., Pinna C., Celotto S. Failure Mechanisms in DP600 Steel: Initiation Evolution and Fracture / Materials Science Engineering A. 2013. Vol. 588. P. 420 – 431. DOI: 10.1016/j.msea.2013.09.048

19. Majzoobi G., Farzad F., Mohammad P., Hardy S. A new approach for the correction of stress-strain curves after necking in metals / The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. Vol. 50. N 2. P. 125 – 137. DOI: 10.1177/0309324714555384

20. Булычев С. И., Кравченков А. Н. Новые параметры подобия при переходе от диаграмм вдавливания к диаграммам растяжения / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. Т. 80. № 2. С. 49 – 54.

21. Водопьянов В. И., Кондратьев О. В., Травин В. В. К вопросу построения истинной диаграммы деформирования на стадии шейкообразования / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 7. С. 53 – 58.

22. Kamaya M., Kawakubo M. A Procedure for Determining the True Stress-Strain Curve Over a Large Range of Strains Using Digital Image Correlation and Finite Element Analysis / Mechanics of Materials. 2011. Vol. 43. N 5. P. 243 – 253. DOI: 10.1016/j.mechmat.2011.02.007

23. Joun M. S., Eom J. G., Lee M. C. A New Method for Acquiring True Stress-Strain Curves Over a Large Range of Strains Using a Tensile Test and Finite Element Method / Mechanics of Materials. 2008 Vol. 40. N 7. P. 586 – 593. DOI: 10.1016/j.mechmat.2007.11.006

24. Nasser A., Yadav A., Pathak P., Altan T. Determination of the Flow Stress of Five AHSS Sheet Materials (DP 600, DP 780, DP780-CR, DP 780-HY and TRIP 780) Using the Uniaxial Tensile and the Biaxial Viscous Pressure Bulge (VPB) Tests / Journal of Materials Processing Technology. 2010. Vol. 210. N 3. P. 429 – 436. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2009.10.003

25. Sancho A., Cox M. J., Cartwright T., et al. An Experimental Methodology to Characterize Post-Necking Behaviour and Quantify Ductile Damage Accumulation in Isotropic Materials / International Journal of Solids Structures. 2019. Vol. 176 – 177. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2019.06.01

26. Матюнин В. М., Марченков А. Ю., Волков П. В. и др. Преобразование кинетических диаграмм вдавливания сферического индентора в диаграммы растяжения для металлических конструкционных материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. ¹ 2. С. 54 – 63. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-2-54-63