ي

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

چكيده: سراميكها موادي سخت و شكننده بوده و معمولا استحكام فشاري بيشتري نسبت به فلزاتدارند. از آنجايي كـهدر اكثر سراميكها قبل از شكست تنها كرنش الاستيكي ايجاد ميشود، اندازه گيري دقيق اين كرنشها با استفاده از دستگاه تست هاپكينسون مرسوم كار سادهاي نيست . در اين مقاله محدوديتهاي اين روش در تست سراميكها و اصـلاحات لازماز قبيل نصب كرنشسنجها بر روي نمونه، قرار دادن نمونه مابين اينسرتهايي با استحكام بالا و داراي امپدانس مـشابه بـاامپدانس ميلههاي فشار براي جلوگيري از تورفتگي در آنها و نيز استفاده از مجموعـهي”سـد مـومنتم” بـه منظـور عـدمبارگذاري مجدد نمونه بيان شده است. ساير موارد بحث شده دراين مقاله شـامل حـداكثر نـرخكـرنش قابـل دسـتيابي درسراميكها با استفاده از دستگاه تست هاپكينسون دو ميلـهاي، لـزوم اسـتفاده از شـكلدهنـدهي مـوج ورودي، اسـتفاده ازضربهزن مخروطي شكل، نكات قابل توجه در طراحي نمونه و تأثير اصلاحات پيشنهادي بر روي امـواج ثبـت شـده توسـطكرنشسنج ها با استفاده از شبيهسازي در كد تجاري اجزاي محدود ABAQUS/Explicit مي باشد.
كليد واژه: مواد سراميكي، دستگاه تست هاپكينسون نوع فشاري، رفتار ديناميكي، نرخ كرنش بالا.
1- مقدمه
براي طراحي مهندسي اغلب اجزا و قطعات مورد استفاده در صنايع مختلف، نياز به بررسي خواص مكانيكي آنها ميباشد كـه معمـولاًاين كار با استفاده از منحنيهاي تنش – كرنش انجام ميگيرد. از آنجايي كه رفتار ديناميكي يك ماده ميتواند كاملاً متفـاوت از رفتـاراستاتيكي آن باشد، در گسترهي وسيعي از كاربردهاي مهندسي (صنايع حمـل و نقـل، صـنايع دفـاعي، جوشـكاري انفجـاري و ديگـرزمينههاي مشابه ) پيش بيني رفتار مواد به هنگام بارگذاري ديناميكي لازم و ضروري است. دستگاه تست هاپكينسون دو ميلهاي نـوعفشاري (SHPB) كه براي اولين بار توسط كولسكي [1] ساخته شد، ابزاري بسيار مناسب براي مطالعـهي رفتـار دينـاميكي مـواد دركرنش هاي زياد و نرخ كرنش هاي بالا (در محدوده ي بين 1-s102 تا 1-s104) در مقايسه با نـرخ بارگـذاري شـبه اسـتاتيكي (1-s 3-10) ميباشد. اين دستگاه ابتدا به صورت فشاري و سپس در انواع كششي [2] و پيچشي [3] مورد استفاده قرار گرفت. اخيراً انـواع تركيبـيكششي- پيچشي و يا فشاري- پيچشي نيز كاربرد وسيعي پيدا كرده است.
موادي كه در دهههاي گذشته توسط دستگاههاي تست هاپكينسون مورد بررسي قرار گرفتهاند اغلب فلزات بودند. رونـد افـزايشاستفاده از اين دستگاهها بخصوص نوع فشاري آن باعث شده است تا مواد غير فلزي از قبيل بتون، سنگ، كامپوزيـتهـا و مـواد بيومكانيك نيز مورد آزمايش قرار گيرند. حالتهاي خاص در تست اين مواد تكنيكهـاي جديـدي را بـه وجـود آورده اسـت. بـهعنوان مثال در تست مواد با امپدانس كم از آنجايي كه مقدار قابل توجهي از پـالس منتقـل شـده، مـستهلك مـي شـود و نـسبتسيگنال به نويز كاهش مييابد، به منظور تقويت سيگنال انتقالي به ميلهي دوم ميتـوان سـطح مقطـع ميلـه را كـم و يـا مقـدارامپدانس مادهي آن را كاهش داد. همچنين ميتوان سيگنال را توسط ابزارهاي بسيار حـساستـر از كـرنشسـنجهـا ماننـد يـككريستال كوارتز اندازه گيري كرد.
در يك سيستم هاپكينسون كلاسيك، تنش تسليم نمونه بايد به مقدار قابل توجهي كمتر از تنش تسليم ميلههاي فشار باشـد؛ دراين صورت انتهاي ميلههاي اول و دوم كه در تماس با نمونه هستند به هنگام تغيير شكل نمونه مسطح باقي ميمانند. همچنـينبايد امپدانس نمونه در مدت زمان بارگذاري كمتر از امپدانس ميلهها باشد . در چنين شرايطي پالس كششي كه از نمونه به داخـلميلهي اول منعكس ميشود مولفهي خوبي براي تعيين سرعت در وجه انتهايي نمونـه در طـرف ميلـهي اول (نـسبت بـه تعيـينسرعت در وجه ديگر آن كه در طرف ميلهي دوم قرار دارد) ميباشد. اما هنگامي كه مواد خيلـي سـخت از قبيـل سـراميكهـا وكامپوزيتهاي سراميكي در دستگاه هاپكينسون فشاري تست شوند از پالسبرگشتي براي تعيين دقيق مقدار نرخ كرنش در نمونهنميتوان استفاده كرد. در واقع اگر قطر نمونه به مقدار قابل ملاحظهاي كمتر از قطر ميلهها نباشد،ممكـن اسـت امپـدانس نمونـهنزديك به مقدار امپدانس ميلهي اول و يا حتي در مواردي بيشتر از آن شود كه نتيجه يك پالس برگشتي كششي بسيار كوچك ويا حتي يك پالس برگشتي فشاري خواهد بود. از طرف ديگر در حالتيكه قطر نمونه كوچكتر از قطـر ميلـههـا اسـت، نمونـهي سخت باعث ايجاد تورفتگي در انتهاي ميلهها ميشود (شكل 1) كه چـون كـل كـرنش بوجـود آمـده تـا زمـان شكـست بـرايسراميكهاي سخت و يا كامپوزيتهاي آنها بسيار كم است (1 يا 2%) درصورت استفاده از پالس انعكاس يافته براي محاسبهي كرنش در نمونه، اين تورفتگي خطاي قابل توجهي را در نتايج به دست آمـده بوجـود خواهـد آورد؛ در حـالي كـه پـالس انتقـاليهمچنان براي تعيين دقيق تنش در نمونه قابل استفاده مي باشد [4].

شكل 1- تغيير شكل بوجود آمده در انتهاي ميله توسط يك نمونه ي سخت سراميكي [4]
در تست مواد ترد براي به دست آوردن دادههاي دقيق و قابل قبول نياز به ميلههايي با قطر بزرگتر مـيباشـد [5]. متأسـفانه در تست نمونههاي با قطر زياد توسط دستگاه هاپكينسون، مشكلاتي رخ ميدهد از جمله نوسان و غير يكنواختي در تنش و كـرنشنمونه كه بر روي نتايج تأثيرگذار است. بعلاوه مواد ترد استحكام نسبتاً پاييني داشته و بسيار زودتر از اينكه حالت تنش يكنواخـتدر نمونه برقرار شود مي شكنند [6]. معمولاً تكنيك هاي زير در تست مواد سخت كاربرد دارند:
اندازهگيري كرنش توسط كرنشسنجي كه به طور مستقيم به نمونه متصل شده است. در نمونههاي با سطح مقطـع مربعـي ازدو كرنش سنج براي اندازه گيري كرنش محوري و نيز كرنش جانبي استفاده مي شود.
استفاده از يك بالشتك فلزي با ضخامت كم بين ميلهي اول و ضربهزن به عنوان شكل دهندهي موج به منظور ايجـاد پـالستنشي شيب دار. شكل پالس به هندسه ي بالشتك، ضخامت آن و همچنين به سرعت ضربه زن بستگي دارد.
براي جلوگيري از تغيير شكل ميله توسط نمونههاي سخت سراميكي ميتوان از يك صفحهي كوچك صيقلي از جنس كاربيدتنگستن بين ميله ي اول و نمونه استفاده كرد. تطابق امپدانسي بين اينسرت و ميله در چنين ساختارهايي ضروريست.


دیدگاهتان را بنویسید