В исследованиях Г.Ф. Баландина и Л.П. Каширцева показано, что реологическое поведение сплавов в широком интервале температур может быть описано моделью тела Шведова, представляющего собой комбинацию тел Гука, Бингама и Кельвина (рис. 1.9).
Поведение сплава описывается пятью реологическими характеристиками: E1, E2, η1, η2 и τs, которые изменяются в зависимости от температуры. Реологические свойства алюминиево-кремниевого сплава и основные зависимости реологической модели тела Шведова рассматриваются в п. 4.3 в в связи с анализом напряжений и деформаций в отливках.
Методика выполнения расчетов
При выполнении контрольного задания по рассматриваемой теме необходимо написать реологическое уравнение предлагаемого тела и выполнить его решение для определения расчетной величины деформации этого тела в заданный момент времени.
Для иллюстрации методики выполнения расчетов рассмотрим в качестве примеров два реологических тела (рис. 1.10).
Пример 1. Выполним вывод уравнения и расчет для реологического тела, изображенного на рис. 1.10, а, при условии σ=σ0=const.
Деформация тела , где ε1 – деформация тела Ньютона N1, а ε2 – деформация тела, состоящего из параллельно соединенных тел N2 и H. ; ; .
. (1.14)
Это уравнение аналогично (1.11). Его решение имеет вид
. (1.15)
; .
Деформацию тела можно рассчитать по уравнению
. (1.16)
При t=t1 .
Подставив в эту формулу заданные значения σ0, η1, η2, E и t1, следует выполнить вычисление деформации ε.
Пример 2. Выполним вывод уравнения и расчет для реологического тела, изображенного на рис. 1.10, б. Это тело представляет собой соединение трех элементов: тела Ньютона N1, тела Гука H и тела Ньютона N2.
Суммарное напряжение будет равно σ = +σ2, где – напряжение в теле Ньютона N1, а σ2 – напряжение в телах H и N2. Деформация тела ε равна деформации тела N1. С другой стороны, она равна сумме деформаций тела Гука εH и тела Ньютона .
Рис 1.10. Реологические схемы тел
; ; ; ε=εH+ .
;
;
.
. (1.17)
При σ=σ0=const решение уравнения (1.17) аналогично решению уравнения (1.11).
.
При t=0 εH=0, =0, =0, ε=0. С учетом этого и
. (1.18)
Так как , то
.
После интегрирования находим
.
При t=0 = 0 и ,
. (1.19)
Суммируя εHи , находим деформацию тела ε: =ε.
.
Подставляя значения , , , E и t1, рассчитаем деформации , εH, и ε.
Контрольное задание
Рис.1.11. Схема к вариантам 1–5 Рис.1.12. Схема к вариантам 6–10
Написать реологическое уравнение заданного тела (рис. 1.11–1.15) и рассчитать величину напряжения σ или деформации ε в заданный момент времени t1.
Задание содержит 25 вариантов, исходные данные для которых приведены в таблице. Если в условии варианта задано σ=σ0 (графа 8 таблицы), то решение следует проводить при σ=const; если задано ε0 (графа 9 таблицы), то решение следует проводить при ε=const.
Исходные данные к контрольному заданию
Номер варианта
Схема модели тела (номер рис.)
Е1, МПа
Е2, МПа
η1, МПа·с
η2, МПа·с
τs, МПа
σ0, МПа
ε0
t1, с
1.11
0,1
–
–
0,0001
0,0010
–
«
–
–
0,0010
0,0005
–
«
–
–
0,0020
–
0,00100
«
–
–
0,0030
–
0,00005
«
–
–
0,0050
0,0100
–
1.12
0,1
–
–
0,0001
0,0010
–
«
–
–
0,0010
0,0005
–
«
–
–
0,0020
–
0,00100
«
–
–
0,0030
–
0,00005
«
–
–
0,0050
0,0100
–
1.13
0,1
0,05
–
–
0,0010
–
«
–
–
0,0005
–
«
–
–
0,00050
«
–
–
0,00010
«
–
–
0,0100
–
1.14
–
–
0,0001
0,0010
–
«
–
–
0,0010
0,0005
–
«
–
–
0,0020
0,0060
–
«
–
–
0,0030
0,0020
–
«
–
–
0,0050
0,0100
–
1.15
0,1
0,2
–
–
0,0010
–
«
–
–
0,0050
–
«
–
–
-
0,0100
«
–
–
–
0,0200
«
–
–
0,0100
–
Рис. 1.13. Схема к вариантам 11–15 Рис. 1.14. Схема к вариантам 16–20