Основные различия между статическим (квазистатическим) и динамическим нагружением материалов

В отличие от статического (или квазистатического) нагружения ударно-волновое нагружение сопровождается необратимым повышением температуры (тепловой энергии) твёрдого тела, зависящим от амплитуды ударной волны. При амплитудах ударной волны в несколько десятков гигапаскаль приращение температуры гомогенного, т. е. среднего по объёму, разогрева составляет сотни градусов. Локальный разогрев на линиях скольжения может значительно превышать температуры гомогенного разогрева. Негомогенный разогрев приводит к значительной, но кратковременной потере прочности материала. Последующее снижение температуры локальных областей интенсивного разогрева за счёт диффузионной теплопроводности приводит к восстановлению прочностных свойств. Это обстоятельство следует иметь ввиду как при интерпретации экспериментальных данных, так и при построении моделей определяющего уравнения, предназначенного для расчётов комбинированных процессов нагружения и разгрузки.

Сопротивление пластической деформации или сдвиговая прочность наряду со сжимаемостью, вязкостью и упругостью представляет собой одно из основных реологических свойств твёрдого тела.

Особенностью поведения упругопластического материала при ударно-волновом нагружении является расщипление ударной волны на упругую (упругий предвестник Гюгонио) и пластическую, упругопластическая структура волны расширения и связаное с ним негидродинамическое затухание ударной волны являются основой целого ряда экспериментальных методов исследования сдвиговой прочности. В современных экспериментальных методах регистрируются пространственно-временные профили волн нагрузки и разгрузки с помощью различного рода быстродействующих датчиков: пьезоэлектрических, пьезоемкостных, пьезорезистивных.

Среди разработанных экспериментальных методов следует выделить метод непосредственной регистрации главных нормальных напряжений и за фронтом ударной волны, который не требует каких либо дополнительных расчётов течения среды, поскольку динамический предел текучести вычисляется как разность напряжений .

Прогресс в развитии экспериментальных методов изучения реакции твёрдых тел на динамическую нагрузку и последующую разгрузку позволил выявить ряд особенностей их деформирования. В частности, при упругопластическом деформировании металлов наблюдаются: релаксация сдвиговых напряжений, деформационное упрочнение, затухание упругого предвестника по амплитуде, наличие упругих предвестников при вторичном ударно-волновом нагружении, эффекты кратковременного разупрочнения и последующего восстановления прочности.

[1] Батьков Ю. В., Глушак Б. Л., Новиков С. А. Сопротивление материалов пластической деформации при высокоскоростном деформировании в ударных волнах. (Обзор). М., ЦНИИатоминформ, 1990, 97с.