Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Высоко локализованная деформация при растяжении
Highly localized tensile deformation
В инженерии и материаловедении локализованное сужение – это вид деформации при растяжении, при котором значительные величины деформации непропорционально концентрируются в небольшой области материала. Заметное уменьшение площади поперечного сечения в этой области и дало название этому явлению – "сужение". Поскольку деформации в области сужения велики, оно часто связано с текучестью, формой пластической деформации, характерной для пластичных материалов, таких как металлы или полимеры. После начала образования сужения, оно становится единственным местом текучести в материале, поскольку уменьшенная площадь приводит к максимальным локальным напряжениям в этой области.
In engineering and materials science, necking is a mode of tensile deformation where relatively large amounts of strain localize disproportionately in a small region of the material. The resulting prominent decrease in local cross sectional area provides the basis for the name "neck". Because the local strains in the neck are large, necking is often closely associated with yielding, a form of plastic deformation associated with ductile materials, often metals or polymers. Once necking has begun, the neck becomes the exclusive location of yielding in the material, as the reduced area gives the neck the largest local stress.
Формирование
Нейкинг возникает из-за неустойчивости при растяжении, когда площадь поперечного сечения образца уменьшается в большей степени, чем материал упрочняется. Арман Консидер опубликовал основной критерий возникновения шейки в 1885 году в контексте устойчивости крупномасштабных конструкций, таких как мосты. Три концепции составляют основу для понимания формирования шейки. До деформации все реальные материалы имеют неоднородности, такие как дефекты или локальные изменения в размерах или составе, которые вызывают локальные колебания напряжений и деформаций. Для определения местоположения зарождающейся шейки эти колебания должны быть лишь бесконечно малы по величине. Во время пластической деформации при растяжении площадь поперечного сечения материала уменьшается из-за несжимаемости пластической течения. (Это не связано с эффектом Пуассона, который относится к упругому поведению.) Во время пластической деформации при растяжении материал упрочняется. Степень упрочнения меняется в зависимости от величины деформации. Последние два эффекта определяют устойчивость, а первый – местоположение шейки.
Necking results from an instability during tensile deformation when the cross sectional area of the sample decreases by a greater proportion than the material strain hardens. Armand Considère published the basic criterion for necking in 1885, in the context of the stability of large scale structures such as bridges. Three concepts provide the framework for understanding neck formation. Before deformation, all real materials have heterogeneities such as flaws or local variations in dimensions or composition that cause local fluctuations in stresses and strains. To determine the location of the incipient neck, these fluctuations need only be infinitesimal in magnitude. During plastic tensile deformation the material decreases in cross sectional area due to the incompressibility of plastic flow. (Not due to the Poisson effect, which is linked to elastic behaviour.) During plastic tensile deformation the material strain hardens. The amount of hardening varies with extent of deformation. The latter two effects determine the stability while the first effect determines the neck's location.
Применение к полимерам
При интерпретации кривых "напряжение-деформация" металлов редко используется показанное выше тангентное построение. Однако оно широко применяется для анализа вытягивания полимеров (поскольку позволяет изучать режим стабильного локализованного сужения). Следует отметить, что для полимеров деформация обычно выражается как "коэффициент вытяжения", а не как деформация: в этом случае экстраполяция тангенса проводится до коэффициента вытяжения, равного нулю, а не до деформации, равной 1. Графики относятся (сверху) к материалу, формирующему стабильное локализованное сужение, и (снизу) к материалу, деформирующемуся однородно при всех коэффициентах вытяжения. По мере продолжения деформации геометрическая неустойчивость приводит к тому, что деформация продолжает концентрироваться в области локализованного сужения, пока материал не разрушится или материал в области сужения не упрочнится настолько, как показано второй точкой касания на верхней диаграмме, чтобы вызвать деформацию других областей материала. Величина деформации в стабильной области локализованного сужения называется естественным коэффициентом вытяжения, поскольку она определяется характеристиками упрочнения материала, а не величиной приложенного вытягивания. Пластичные полимеры часто демонстрируют стабильное локализованное сужение, поскольку молекулярная ориентация обеспечивает механизм упрочнения, который преобладает при больших деформациях.
The tangent construction shown above is rarely used in interpreting the stress strain curves of metals. However, it is popular for analysis of the tensile drawing of polymers. (since it allows study of the regime of stable necking). It may be noted that, for polymers, the strain is commonly expressed as a “draw ratio”, rather than a strain: in this case, extrapolation of the tangent is carried out to a draw ratio of zero, rather than a strain of 1. The plots relate (top) to a material that forms a stable neck and (bottom) a material that deforms homogeneously at all draw ratios. As deformation proceeds, the geometric instability causes strain to continue concentrating in the neck until the material either ruptures or the necked material hardens enough, as indicated by the second tangent point in the top diagram, to cause other regions of the material to deform instead. The amount of strain in the stable neck is called the natural draw ratio because it is determined by the material's hardening characteristics, not the amount of drawing imposed on the material. Ductile polymers often exhibit stable necks because molecular orientation provides a mechanism for hardening that predominates at large strains.