МОДЕЛИРОВАНИЕ УДАРНОГО КОНТАКТА ИНДЕНТОРА С НЕЖЕСТКИМИ СТАЛЬНЫМИ КОНСТРУКЦИЯМИ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ТВЕРДОСТИ

Рассматриваются вопросы измерения твердости конструкций недостаточной жесткости методом ударного вдавливания индентора. Описываются недостатки существующих динамических твердомеров, принцип действия которых заключается в нанесении удара по испытуемому образцу и регистрации коэффициента восстановления скорости, зависящего от твердости. Построены конечно-элементные модели ударного взаимодействия индентора с образцами труб с различной толщиной стенки и диаметром, а также консольно закрепленных пластин разной толщины. Получены диаграммы вдавливания индентора в исследуемые образцы труб и пластин в координатах контактное усилие – перемещение. Показана достаточно хорошая сходимость между результатами моделирования и экспериментальными данными, полученными на твердомере, позволяющем регистрировать кривую нагружения в процессе ударного взаимодействия. С помощью построенных конечно-элементных моделей выделен вклад локальной деформации и прогиба в общий отклик конструкции при индентировании. Установлено влияние прогиба конструкций на процесс внедрения индентора в материал, а также на такие параметры индентирования, как коэффициент восстановления скорости, контактное усилие, перемещение и время активного этапа удара. Определены границы допустимого использования твердомеров ударного действия. Показаны пути повышения точности измерения твердости на основе данных, получаемых на этапе внедрения индентора. Установлено, что использование градуировочных зависимостей между твердостью и временем активного этапа удара, а также отношением контактного усилия к глубине внедрения на этапе нагружения позволяет провести оценку твердости для труб с толщиной стенки свыше 5 мм и консольно закрепленных пластин на расстоянии от места закрепления вплоть до 100 мм. 

1. Львовский, П.Г. Справочное руководство механика металлургического завода / П.Г. Львовский. – 4-е изд., испр. и доп. – Свердловск: Металлургиздат, 1962. – 980 с.

2. Марковец, М.П. Определение механических свойств металла по твердости / М.П. Марковец. – М.: Машиностроение, 1979. – 191 с.

3. Free Simulation Software Ansys [Electronic resource] // ANSYS.COM. – Mode of access: http://www.ansys.com/ Products/Academic/ANSYS-Student. – Date of access: 01.02.2017.

4. Ивашкин, А.Г. Анализ деформационного поведения моделей материалов в ANSYS / А.Г. Ивашкин // Математические методы и модели: теория, приложения и роль в образовании: Междунар. науч.-техн. конф. (г. Ульяновск, 28–30 апр. 2014 г.): cб. науч. тр. – Ульяновск, 2014. – С.79–92.

5. Heeres, O.M. A comparison between the Perzyna viscoplastic model and the Consistency viscoplastic model / O.M. Heeres, A.S. Suiker, R. Borst // European Journal of Mechanics – A/Solids. – 2002. – Vol. 21, iss. 1. – P. 1–12.

6. Kren, A.P. Determination of the critical stress intensity factor of glass under conditions of elastic contact by the dynamic indentation method / A.P. Kren // Strength of Materials. – 2009. – Vol. 41, № 6. – P. 628–636.

7. Джонсон, К.Л. Механика контактного взаимодействия / К.Л. Джонсон. – М.: Мир, 1989. – 510 с.

8. Рудницкий, В.А. Контроль физико-механических характеристик материалов и изделий по параметрам динамического деформирования: дис. … д-ра техн. наук : 05.11.13 / В.А. Рудницкий. – Минск, 1992. – 355 с.

9. Leeb, D. Definition of the hardness value L in the EQUOTIP dynamic measuring method / D. Leeb // VDI Berichte. – 1986. – No. 583. – P. 109–133.

10. Рудницкий, В.А. Соотношение динамической и статической твердости металлов / В.А. Рудницкий, А.П. Крень, Г.А. Ланцман // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2016. – № 4. – С. 16–22.

11. Инженерные методы исследования ударных процессов / Г.С. Батуев [и др.]. – М.: Машиностроение, 1977. – 240 с.