Ghostscript wrapper for D:\BBB-ARCH\ARCHIWUM-lata-78-71\MTS75_t13z1_4\mts75_t13z3.pdf M E C H AN I K A TEORETYCZNA I  STOSOWANA 3,  13  (1975) EKSTRAP OLACYJN A  M E T O D A  O P I SU   P R Ó B  P EŁZ AN IA  P R Z Y  OBCIĄ Ż EN IACH WI E LOSTOP N I OWYC H ZDZISŁAW  K U R O W S K I ,  STANISŁAW  O C H E L S K I  (WARSZAWA) 1.  Wstę p M et o d a  esktrapolacji  dan ych  z  p ró b  peł zania przy  obcią ż eniu  stacjonarnym  n a  próby przy  obcią ż eniach wielostopniowych  jest,  obok m etody reprezentacji cał kowych,  najczę ś ciej spotykaną   w  literaturze  dotyczą cej  opisu  peł zan ia m ateriał ów. R óż ne  m etody  ekstrapolacyjn e  stosowan o  gł ównie  do  opisu  efektów  peł zania  tworzyw sztucznych  [1, 2].  W  poprzedn iej  pracy  [3]  zbadan o  moż liwość  zastosowania  znanych m etod  ekstrapolacyjnych  do  opisu  peł zan ia m etali. Autorzy  stwierdzili  konieczność  dalszej analizy  m etod  ekstrapolacyjnych,  gdyż  dotychczasowe  m etody  dał y  n a  ogół  wyniki  nieza- dowalają ce. Alternatywną   m etodą  opisu  peł zan ia m etali jest  teoria param etru umocnienia RABOTN O- WA,  N AM IESTN IKOWA  i  in n ych  [4,  5]. N iniejsza  praca  przedstawi  propozycję   nowej  m etody  ekstrapolacyjnej.  M etodę   tę zastosowan o  do  opisu  peł zan ia n iektórych m ateriał ów:  ortotropowego tworzywa  poliestro- wo- szklanego,  poliam idu i stali,  uzyskują c  dobry  opis p ró b peł zania przy  obcią ż eniu jedno- stopniowym .  W  om awian ej  m etodzie  wykorzystuje  się   funkcję   pamię ci m ateriał u,  okreś la- ją cą   wraż liwość  m ateriał u n a wartoś ci  n aprę ż eń i czasy,  w których nastę pują   skoki naprę ż eń dla  zł oż onej,  skokowej  historii  obcią ż enia.  Opisan o  Sposób  wyznaczania  tej  funkcji  dla prób  peł zania przy  jedn ostopn iowym  obcią ż eniu  oraz  przedstawiono ją   dla  kilku  materia- ł ów. 2.  Opis  doś wiadczeń  i  wyniki  badań P rzeprowadzon e  izoterm iczn e  badan ia  doś wiadczalne  jednoosiowego  rozcią gania przy  danej  historii  n aprę ż en ia  dotyczył y  tworzywa  warstwowego  poliestrowo- szklanego,. poliam idu  T27  i  stali  50H 21G 9N 4. Tworzywo  warstwowe  otrzym an o z  ż ywicy  poliestrowej  Polimal- 109  i  tkan in y  szklanej rovingowej  m arki  19- S4.  Tworzywo  wykon an o: w  postaci  pł yt  w  taki  sposób,  by  kierunki osnowy  wszystkich  warstw  t kan in  w  tworzywie  pokrywał y  się .  Z  pł yty  wycię to  próbki w  kształ cie  wioseł ek,  których  osie  pokrywał y  się   z  kierun kiem  osnowy  (9? =   0°)  i  drugą serię   próbek,  których  ką t  zawarty  mię dzy  osią   próbki  a  kierunkiem  osnowy  wynosił   45° (95 =   45°).  D ł ugość czę ś ci  pom iarowej  pró bki  wynosił a  70  m m ,  a jej  przekrój  1 0 x3  m m . P ró bki  z  poliam idu  o  kształ cie  wioseł ek,  otrzym an e  metodą   wtryskową ,  posiadał y dł ugość pom iarową   60  m m i  przekrój  1 0 x4  m m . Badan ia  tworzywa  warstwowego  i  polia- 374 Z D Z .  KU ROWSKI,  ST .  OCH ELSKI m idu przeprowadzono  n a peł zarce, której  budowę   opisan o  w pracy  [6]. Wydł uż enia  próbek m ierzono za pomocą  tensom etru zegarowego Schoppera o bazie pom iarowej  50 m m i dział ce elementarnej  1/ 100  m m .  Badan ia  przeprowadzon o  w  tem peraturze  23± 0, 2 c C  i  wzglę dnej wilgotnoś ci  powietrza  (40 -  52%). , u O y U f ;/ j 3 t t,  =  0° 0,01 0,002 50  [godz] Rys.  3. Odkształ cenia  doś wiadczalne  (linia  przerywana)  i obliczone ze wzoru  (10) (linia cią gł a) dla  tworzywa warstwowego    =   45° T wo rzywo poliest rowo- szklan e C)  =   0° P o liam id Stal 50H 21G 9N 4 < r[kG / m m !] a - 1 05 m ff[kG / mm 2] a - 1 05 m o- [kG / m m2] a - 1 05 m ( j[ kG / m m 2 ] a - 1 05 m 1,62 82,353 0,313 6,52 13,089 0,278 1,12 327, 892 0,2496 3 10,756 0,577 2,44 225,0 0,28 9,78 44,0 0,13 1,68 950,0 0,09 4 13,332 0,605 3,24 388,625 0,267 13,04 84,159 0,109 2,24 2144,951 0,0993 5,5 12,411 0,713 3,65 500,0 0,26 16,3 119,0 0,105 2,8 3200,0 0,099 7 16,243 0,732 4,05 694,347 0,259 19,56 153,605 0,128 3,36 5344,929 0,0986 8,5 16,945 0,786 22,82 217,441 0,122 10 17,227 0,844 4.  Proponowana  metoda  ekstrapolacyjna P rzedstawioną   w  niniejszej  pracy  m etodę  ekstrapolacyjną   otrzymuje  się  jako  szczególny przypadek  ogólnego  równ an ia  kon stytutywn ego  dla  tzw.  materiał ów lepkich.  W  pracy  [9] przedstawiono  propozycję   uś ciś lenia  poję cia  lepkoś ci  oraz  zapropon owan o  sposób  po- dział u  m ateriał ów  wraż liwych  n a  zam ian y  dróg  deformacji  n a  szereg  grup  drogą   analizy postaci  funkcjonał u  kon stytutywn ego  przy  n arzucen iu  jego  niezmienniczosci  wzglę dem pewnych  klas  zam ian  dróg  deformacji.  Jedną   z  takich  grup  stanowią   materiał y zupeł nie lepkie.  M ateriał y  te  w  przypadku  skokowych  h istorii  odkształ cenia  (próba  relaksacji) zapamię tują   peł ną   informację   o  tej  historii,  tzn .  wartoś ci  kolejnych  gradientów  odkształ - cenia  oraz  chwile  czasowe,  w  których  nastą piły  skoki  gradientów  odkształ cenia. 378  Z D Z .  K U R OWSK I ,  ST .  OCH ELSKI Korzystają c  z wyników  tej  pracy i dokonują c —ja k  to się  czę sto  stosuje  w praktyce  w teorii peł zania —  fofmalnej  zamiany  naprę ż eń  z  odkształ ceniami, moż emy  ogólne  prawo  stanu dla  m ateriał u  cał kowicie  lepkiego  dla  («— l)- stopniowej  historii  obcią ż enia ( = 1 gdzie  a 0   =   0,  t t   <  t 2   <  ...  <  /„  <  t,  zapisać  w  postaci  (dla  procesów  izotermicznych): (2)  e p ( t ) =   C„(a l ,a 2 ,  . . . , a „ ;  t 1} t 2   t „ ; t ) , gdzie  e p   —  odkształ cenie  czystego  peł zania,  C„ —  funkcjonał   konstytutywny. Z akł adamy,  że  odkształ cenie natychmiastowe jest  liniowo  sprę ż yste.  M ateriał  o  prawie stanu  (2)  zapamię tuje  peł ną   informację   o  skokowej  historii  naprę ż enia. Poniż ej  przedstawiono  propozycję   metody  ekstrapolacyjnej.  Opiera  się   on a  n a  nastę pu- ją cym  postulacie,  który  był   przyjmowany  przez  P I P K I N A  i  ROG ERSA  W [2]. Jeś li a h  =   fyt- n  • • •>   ah  =  ah- i> 1  ^  A  i„~k  zn ajdują   się   liczby  1 , 2 ,  . . . , «  z  p o m in ię c iem j t ,  ...,j k - P o st u la t  po wyż szy  m o ż na  sp eł n ić  p rzyjm u ją c  n a st ę p u ją cą   p o st a ć  r ó wn a n i a  ko n st yt u - t ywn e go : (4)  C „ (ffi,  ...,  o- ,,; t lt   . . , , / , ; 0  = gdzie  w  o gó ln ym  p r z yp a d k u (5)  W | =   Wi( fft ,  c r 2 ,  ...,,Ot\ tL,  ti,  . . . , t t ) , przy  czym (6)  ą s.l, J e ś li  z a c h o d z i  c r t - i  =   orfc  ( 1 <   A; <  j)>  t o  m u s i  b y ć ( 7 )  w k (a 1   ,...,a k - it   a k _ v \ t h ,  ...,  t k ^ ,  t k )  a  0 o r a z  d la  /c < y  <  / (8)  W/ O1!,  . . . ,  O ' J . J ,  c r ^ i ,  c r i + 1 ,  . . . ,  er,-; / 1 ;  . . . ,  ^ _ !,  tk,  ł k+l,  ...,  tj)  s F unkcje  w t   speł niają ce  warunki  (5),  (6),  (7)  i  (8)  są   funkcjami  pamię ci  m ateriał u, okreś la- ją cymi  jego  wraż liwość  n a  wartoś ci  i  czasy  skoków  naprę ż enia. Przyjmują c  kon kretn e prawo  peł zania dla  danego m ateriał u otrzymamy  dla niego odpo- wiednią   postać  wzoru  (4). EKSTRAPOLACYJNA  METODA  OPISU   PEŁZANIA 379 Ograniczymy  się  obecnie do p ró b peł zania przy  obcią ż eniu jednostopniowym  i  przyjmie- my  prawo  peł zania dan e  wzorem  (1), tzn .  przyjmiemy Wzór  (4)  przyjmie  postać (9)  e p( 0  = D la  próby  przy  obcią ż eniu jedn ostopn iowym  wzór  ten przedstawia  się  (przyjmują c  ty  =  0) (10)  B p (t) =   abaJtW A+W iCpj.,    t 2   superponu- jemy  krzywe  A  i  D  otrzymują c  ostateczną   krzywą   E. P rzedstawiona  powyż ej  m etoda  lepiej  opisał a  wyniki  doś wiadczalne  peł zania stali  przy obcią ż eniu  jedn ostopn iowym  niż m etody  ekstrapolacyjne  zaproponowane  w  [1, 2]. N a  rys. 2 - 5  linią   cią głą   zaznaczono  krzywe  peł zania obliczone  ze wzoru  (10), a  linią przerywaną   —  wartoś ci  doś wiadczalne.  D la  przedstawionych  prób  maksymalne  bł ę dy opisu  wyników  doś wiadczalnych  wynosił y  (w  % ) :  tworzywo  cp =  0°:  —3,3 do  + 4 , 1 ; tworzywo  ę   =  45°:  - 6 ,3  do  + 8 , 9 ; poliam id:  - 12,8  do  + 16, 8;  stal  - 8,3 do  + 6, 0. 5.  Wyznaczanie  i  wł asnoś ci  funkcji  pamię ci Wi F unkcję   W 2 (GI,  cr2; t2)  dla przedział u  naprę ż eń  [o*j,,  crt]  i przedział u  czasowego  [tp,  tk] wyznaczamy  w  nastę pują cy  sposób.  Przyjmujemy  trzy  wartoś ci  naprę ż eń  a p   <  a s   <  a k i  czasu  t p   <  t s   <  t k .  D la każ dej  wartoś ci  czasu  t p ,t s   i  % wystarczy  przeprowadzić  9 prób peł zania  przy  obcią ż eniu  jedn ostopn iowym .  Znają c  wartoś ci  doś wiadczalne  odkształ cenia w  n  chwilach  czasu  T ;  ( / =  1, 2,  . . . , «) ,  t%  <   %\  <  r2  <  t3  <  ..,  <   %n <  h,  wartość 380 Z D Z .  K U R O WS K I ,  S T .  O C H E L SK I funkcji  wyznaczono  metodą   najmniejszych  kwadratów.  F un kcję   w 2   opisan o  nastę pnie przy  pomocy  funkcji  kwadratowej Współ czynniki  a 2 ,  a x   i  a 0   wyznaczono  z  warunku,  aby  krzywa  w 2   przechodził a  przez 3 pun kty  doś wiadczalne.  Stwierdzono wyraź ną   zmienność  wartoś ci  tych  współ czynników, w zależ noś ci  od  obu  ich argumentów. N a  rys.  7 - 10  przedstawion o  wykresy funkcji  w 2 (o u cr2; t2)  dla róż nych materiał ów i róż nych wartoś ci  argum en tów  o1ił 2.  Z najom ość  wartoś ci w2(cr!,  .  H .  P ABO T H O B,  O  zunome3e  ypaenemin  cocmomiuR  npu  noA3yuecmu 1 T S.MT 'i l , 3  (1961). 382  Z D Z .  KU ROWSKI,  ST.  OCHELSKI 5.  Ju. N .  RABOTNOW,  Redistribution  of  Reactions at  T ransient Power — L aw  Creep, Creep in  Structures, Springer, 1972. 6.  S. OCH ELSKI, Analiza peł zania ortotropowego  tworzywa  warstwowego  w jednoosiowym  stanie  naprę ż enia, Biul.  WAT, 1, 18  (1969). 7.  J. de LACOMBE,  Une  mode de representation  des courbes desfł uages, Rev, met., 36 (1939). 8.  I . F I N N I E , W. R. H ELLER, Peł zanie materiał ów konstrukcyjnych, Warszawa  1962. 9.  J. RYCHLEWSKI, N iewraż liwoś ć  materiał ów  na zamiany dróg deformacji,  Prace  IPPT  P AN ,  1973. P  e 3 io  AI  e SKCTPAnOJMtUHOHHblfł   METOfl  O n H C AH M  HCnLITAHHM  HA I TP H   M H o ro c ryriE i- raAT L ix  H Arpy3KAx B  p a 6o ie  n p e sn o K e n  OKCTpanojmuHOHHbift  iweTOfl  onucanH H   M H orocTyneipiaTbix  H3OTepMHMecKnx H cnbiTannii  nei3yioTCH   H H I U L :  38K OH   non3ywecTH   npH   IIOCTOH H H OH riarpy3i