ی

3

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

زم

ستان

1391

1279840468

چکیده: سرامیکها موادی سخت و شکننده بوده و معمولا استحکام فشاری بیشتری نسبت به فلزاتدارند. از آنجایی کـهدر اکثر سرامیکها قبل از شکست تنها کرنش الاستیکی ایجاد میشود، اندازه گیری دقیق این کرنشها با استفاده از دستگاه تست هاپکینسون مرسوم کار سادهای نیست . در این مقاله محدودیتهای این روش در تست سرامیکها و اصـلاحات لازماز قبیل نصب کرنشسنجها بر روی نمونه، قرار دادن نمونه مابین اینسرتهایی با استحکام بالا و دارای امپدانس مـشابه بـاامپدانس میلههای فشار برای جلوگیری از تورفتگی در آنها و نیز استفاده از مجموعـهی”سـد مـومنتم” بـه منظـور عـدمبارگذاری مجدد نمونه بیان شده است. سایر موارد بحث شده دراین مقاله شـامل حـداکثر نـرخکـرنش قابـل دسـتیابی درسرامیکها با استفاده از دستگاه تست هاپکینسون دو میلـهای، لـزوم اسـتفاده از شـکلدهنـدهی مـوج ورودی، اسـتفاده ازضربهزن مخروطی شکل، نکات قابل توجه در طراحی نمونه و تأثیر اصلاحات پیشنهادی بر روی امـواج ثبـت شـده توسـطکرنشسنج ها با استفاده از شبیهسازی در کد تجاری اجزای محدود ABAQUS/Explicit می باشد.
کلید واژه: مواد سرامیکی، دستگاه تست هاپکینسون نوع فشاری، رفتار دینامیکی، نرخ کرنش بالا.
1- مقدمه
برای طراحی مهندسی اغلب اجزا و قطعات مورد استفاده در صنایع مختلف، نیاز به بررسی خواص مکانیکی آنها میباشد کـه معمـولاًاین کار با استفاده از منحنیهای تنش – کرنش انجام میگیرد. از آنجایی که رفتار دینامیکی یک ماده میتواند کاملاً متفـاوت از رفتـاراستاتیکی آن باشد، در گسترهی وسیعی از کاربردهای مهندسی (صنایع حمـل و نقـل، صـنایع دفـاعی، جوشـکاری انفجـاری و دیگـرزمینههای مشابه ) پیش بینی رفتار مواد به هنگام بارگذاری دینامیکی لازم و ضروری است. دستگاه تست هاپکینسون دو میلهای نـوعفشاری (SHPB) که برای اولین بار توسط کولسکی [1] ساخته شد، ابزاری بسیار مناسب برای مطالعـهی رفتـار دینـامیکی مـواد درکرنش های زیاد و نرخ کرنش های بالا (در محدوده ی بین 1-s102 تا 1-s104) در مقایسه با نـرخ بارگـذاری شـبه اسـتاتیکی (1-s 3-10) میباشد. این دستگاه ابتدا به صورت فشاری و سپس در انواع کششی [2] و پیچشی [3] مورد استفاده قرار گرفت. اخیراً انـواع ترکیبـیکششی- پیچشی و یا فشاری- پیچشی نیز کاربرد وسیعی پیدا کرده است.
موادی که در دهههای گذشته توسط دستگاههای تست هاپکینسون مورد بررسی قرار گرفتهاند اغلب فلزات بودند. رونـد افـزایشاستفاده از این دستگاهها بخصوص نوع فشاری آن باعث شده است تا مواد غیر فلزی از قبیل بتون، سنگ، کامپوزیـتهـا و مـواد بیومکانیک نیز مورد آزمایش قرار گیرند. حالتهای خاص در تست این مواد تکنیکهـای جدیـدی را بـه وجـود آورده اسـت. بـهعنوان مثال در تست مواد با امپدانس کم از آنجایی که مقدار قابل توجهی از پـالس منتقـل شـده، مـستهلک مـی شـود و نـسبتسیگنال به نویز کاهش مییابد، به منظور تقویت سیگنال انتقالی به میلهی دوم میتـوان سـطح مقطـع میلـه را کـم و یـا مقـدارامپدانس مادهی آن را کاهش داد. همچنین میتوان سیگنال را توسط ابزارهای بسیار حـساستـر از کـرنشسـنجهـا ماننـد یـککریستال کوارتز اندازه گیری کرد.
در یک سیستم هاپکینسون کلاسیک، تنش تسلیم نمونه باید به مقدار قابل توجهی کمتر از تنش تسلیم میلههای فشار باشـد؛ دراین صورت انتهای میلههای اول و دوم که در تماس با نمونه هستند به هنگام تغییر شکل نمونه مسطح باقی میمانند. همچنـینباید امپدانس نمونه در مدت زمان بارگذاری کمتر از امپدانس میلهها باشد . در چنین شرایطی پالس کششی که از نمونه به داخـلمیلهی اول منعکس میشود مولفهی خوبی برای تعیین سرعت در وجه انتهایی نمونـه در طـرف میلـهی اول (نـسبت بـه تعیـینسرعت در وجه دیگر آن که در طرف میلهی دوم قرار دارد) میباشد. اما هنگامی که مواد خیلـی سـخت از قبیـل سـرامیکهـا وکامپوزیتهای سرامیکی در دستگاه هاپکینسون فشاری تست شوند از پالسبرگشتی برای تعیین دقیق مقدار نرخ کرنش در نمونهنمیتوان استفاده کرد. در واقع اگر قطر نمونه به مقدار قابل ملاحظهای کمتر از قطر میلهها نباشد،ممکـن اسـت امپـدانس نمونـهنزدیک به مقدار امپدانس میلهی اول و یا حتی در مواردی بیشتر از آن شود که نتیجه یک پالس برگشتی کششی بسیار کوچک ویا حتی یک پالس برگشتی فشاری خواهد بود. از طرف دیگر در حالتیکه قطر نمونه کوچکتر از قطـر میلـههـا اسـت، نمونـهی سخت باعث ایجاد تورفتگی در انتهای میلهها میشود (شکل 1) که چـون کـل کـرنش بوجـود آمـده تـا زمـان شکـست بـرایسرامیکهای سخت و یا کامپوزیتهای آنها بسیار کم است (1 یا 2%) درصورت استفاده از پالس انعکاس یافته برای محاسبهی کرنش در نمونه، این تورفتگی خطای قابل توجهی را در نتایج به دست آمـده بوجـود خواهـد آورد؛ در حـالی کـه پـالس انتقـالیهمچنان برای تعیین دقیق تنش در نمونه قابل استفاده می باشد [4].

شکل 1- تغییر شکل بوجود آمده در انتهای میله توسط یک نمونه ی سخت سرامیکی [4]
در تست مواد ترد برای به دست آوردن دادههای دقیق و قابل قبول نیاز به میلههایی با قطر بزرگتر مـیباشـد [5]. متأسـفانه در تست نمونههای با قطر زیاد توسط دستگاه هاپکینسون، مشکلاتی رخ میدهد از جمله نوسان و غیر یکنواختی در تنش و کـرنشنمونه که بر روی نتایج تأثیرگذار است. بعلاوه مواد ترد استحکام نسبتاً پایینی داشته و بسیار زودتر از اینکه حالت تنش یکنواخـتدر نمونه برقرار شود می شکنند [6]. معمولاً تکنیک های زیر در تست مواد سخت کاربرد دارند:
اندازهگیری کرنش توسط کرنشسنجی که به طور مستقیم به نمونه متصل شده است. در نمونههای با سطح مقطـع مربعـی ازدو کرنش سنج برای اندازه گیری کرنش محوری و نیز کرنش جانبی استفاده می شود.
استفاده از یک بالشتک فلزی با ضخامت کم بین میلهی اول و ضربهزن به عنوان شکل دهندهی موج به منظور ایجـاد پـالستنشی شیب دار. شکل پالس به هندسه ی بالشتک، ضخامت آن و همچنین به سرعت ضربه زن بستگی دارد.
برای جلوگیری از تغییر شکل میله توسط نمونههای سخت سرامیکی میتوان از یک صفحهی کوچک صیقلی از جنس کاربیدتنگستن بین میله ی اول و نمونه استفاده کرد. تطابق امپدانسی بین اینسرت و میله در چنین ساختارهایی ضروریست.


پاسخ دهید