» » Определение напряженно-деформированного состояния испытанием твердости
21.12.2014

Широко известны факты, когда затраченная на пластическое формоизменение металла работа приводит к существенным изменениям физико-механических свойств металла. В частности, благодаря упрочнению, вызванному пластической деформацией, изменению подвержен такой показатель, как твердость.
Следовательно, если выявить функциональную связь между величиной твердости в интересующей нас зоне и степенью деформации в этой же зоне, то по замерам твердости можно судить о стадии напряженно-деформированного состояния металла.
Согласно теории Г.Д. Деля распределение твердости однозначно определяет распределение напряжений и деформаций в образцах из стали конкретной марки независимо от схемы напряженного состояния.
Метод основан на изменении показателя твердости металла вследствие его пластической деформации. При выявлении зависимости между твердостью и интенсивностями напряжений и деформаций твердость определяют стандартными методами. Путем испытания образцов из исследуемого материала на растяжение и параллельных замеров твердости строят тарировочный график, связывающий интенсивность напряжений, твердость и интенсивность деформаций.
Г.Д. Дель рекомендует для определения значений твердости использовать метод Виккерса. Однако в тех случаях, когда на стабильность результатов практически не влияет упрочнение металла. вызванное вдавливанием индентора (площадь, на которой измеряют твердость, не ограничена), можно использовать и другие методы (Роквелла или Бринеляя). Для этого при испытании на растяжение замеры твердости производят не на одном образце, который обычно деформируют ступенчато с промежуточными разгрузками и измерением твердости (по методике Г.Д. Деля), а на серии из пяти - десяти образцов, отобранных от одной заготовки. Первый образец деформируют до разрыва с записью условной диаграммы растяжения. Нагружение остальных образцов осуществляют в диапазоне равномерного растяжения с определенным шагом. В процессе нагружения ЭВМ испытательного комплекса фиксирует условные и истинные напряжения и деформации. После растяжения каждого образца в трех точках замеряют твердость по Роквеллу и определяют среднее значение.
Измеряя затем твердость в различных зонах деформированного тела из данного исследованного материала, по тарировочному графику, являющемуся характеристикой материала, определяют распределение интенсивностей напряжений и, исходя из гипотезы о единой кривой течения металла, - соответствующее распределение интенсивностей деформаций.
Связи между твердостью и интенсивностями напряжений и деформаций могут быть представлены в виде регрессионных зависимостей. Правильность выбранных уравнений проверяют анализом оценки дисперсий по критерию Фишера при соответствующих степенях свободы.
Определение напряженно-деформированного состояния испытанием твердости

Известны методики определения компонентов, тензора напряжений. Например, для определения главных напряжений при плоском напряженном состоянии по определенной твердости и поперечной деформации ε3 можно использовать зависимость
Определение напряженно-деформированного состояния испытанием твердости

Достоинствами этого метода являются:
- простота исследования;
- возможность исследования напряженно-деформированного состояния в объеме металла, не прибегая к предварительному его рассечению, что приводит к заведомым погрешностям. В этом случае образец после деформирования сошлифовывают на определенную величину и замеряют твердость, Погрешность определения твердости от операции сошлифовки крайне незначительна;
- возможность определения напряженно-деформированного состояния на натурных объектах, подвергшихся разрушению или работающих в определенных условиях, и таким образом установления причин разрушения или условий работы агрегата (детали).