Технический пластилин

Технический пластилин

Пластилин промышленный для резки и фрезеровки

Industrial Desing Clays (Промышленные модельные пластилины)

Твердые промышленные пластилины Chavant подходят техническим требованиям для скульпторов в изготовлении моделей и специальных дизайнерских эффектов в промышленности. Каждый сорт промышленного пластилина имеет великолепные качества к адгезии (прилипание), прочность сцепления между собой и однородную структуру. Их можно резать, гравировать, экструзировать (выдавливать) и шлифовать, что позволяет создавать точную и глянцевую поверхность.

Плюсы промышленного пластилина Chavant: не содержит серу и может работать с любым силиконом; легче на 35% любого пластилина, что упрощает перемещение построенных моделей, больше по объему стандартного пластилина; превосходная механическая обработка, фрезерная стружка не прилипает к модели, отлично держит деталировку; превосходная стойкость к сжатию и деформации; исключительное сцепление и адгезия, не нужно использовать постоянный подогрев феном, чтобы нарастить поверхность; швы выглаживаются, выравниваются и не расслаиваются, даже когда по ним проводят неоднократно инструментом.


илипает к дереву, пенополиуретану или другим окрашенным поверхностям.

Новинка! Пластилин AutoStyle

Технический пластилин

Технический пластилин

Технический пластилин   Технический пластилин

Описание:

  • Легкий (на 30% легче стандратных пластилинов) 

Y2-Klay

Описание

 Технический пластилин

Описание:

  • Легкий (на 30% легче стандратных пластилинов) 

Y2-Klay

Описание

 Технический пластилин                     


Технический пластилин

 Технический пластилин              Технический пластилин

 


 

Назад в раздел

www.lassoplast.ru

Добрый день, друзья!

Такой замечательный материал, как пластилин, известен каждому человеку с детства. Чего только не лепил я из него, целые пластилиновые крепости и даже подводные лодки, которыми играл во время купания.) Возможность вылепить то, что тебе нужно, очень разнообразило мои детские будни.

Однако пластилин пригодился и во взрослой, автомобильной жизни. У него есть ряд замечательных свойств, позволяющих использовать его в качестве антикоррозионного материала:

— Отличные консервирующие свойства. Под слоем пластилина на металле не развивается коррозия. Даже голый металл под слоем пластилина не корродирует в течение многих лет.
— Пластилин сохраняет пластичность при отрицательных температурах. Он затвердевает, но не становится хрупким даже в сильные морозы, а при нагревании восстанавливает пластичность.
— Не стекает с деталей в жару. Пластилин на жаре размягчается, но не плавится и не течет с поверхности детали. Разумеется, речь не идет о температуре прогретого двигателя или выхлопной системы.
— Пластилин легко наносится на детали и так же легко с них удаляется.


Благодаря этим свойствам, пластилин хорошо подходит для защиты различного автомобильного крепежа, кузовных деталей и др. В данной записи я приведу ряд примеров из своего личного опыта, где я применяю пластилин, а также пару примеров, как выглядят детали, защищенные пластилином по истечении нескольких лет.

Для применения в автомобиле подойдет любой пластилин, в том числе детский. Для эстетов в детском пластилине будет плюсом, что его можно подобрать под цвет кузова :-)) (фото 1):

Однако, если все делать по фен-шую, то промышленностью выпускается специальный автопластилин. Он не балует разнообразием расцветок, зато в его состав добавлены ингибиторы, замедляющие процесс коррозии. Мне встречался пластилин двух оттенков, темный и светлый, причем темный понравился больше, он не так липнет к пальцам. Кусок такого пластилина 500 гр. летом 2017 года стоил всего 70 российских руб. (фото 2-6):

Перейдем к примерам применения пластилина в автомобиле.

1. Крепеж подвески.

Залепляем пластилином резьбовую часть болта или шпильки, а также гайку. Получается пластилиновый колпачок, под который не попадает вода. При необходимости, пластилин легко удаляется.


Примеры на фото 7-10:

2. Крепеж тормозных трубок.

Крепеж тормозных трубок к шлангам часто располагается в колесных арках, поэтому эти соединения могут со временем сильно закиснуть и забиться грязью. Пластилин решает эту проблему (фото 11-13):

3. Сопряженик кузовных панелей.

В местах сопряжения кузовных панелей часто скапливается влага. Владельцы со стажем помнят, что раньше в автомобилях в этих местах широко применялись различные защитные герметики и мастики, сейчас они встречаются все реже. Поэтому в местах, куда больше всего попадают вода и грязь (например, соединение крыла и порога, отбортовка крыльев и др.), целесообразно нанести слой пластилина (фото 14-17):

4. Защита идентификационных номеров.

Идентификационные номера иногда находятся не в самых удачных с точки зрения коррозии местах. Например, номер рамы моего КИА Соренто находится на раме в области арки заднего колеса. К тому же номер выбит очень неглубоко. Если его не защитить, через несколько лет коррозия может сделать свое черное дело, и тогда не избежать проблем при перерегистрации автомобиля. Поначалу, я залепил номер скотчем, но его оказалось недостаточно, поэтому через три года после покупки нового автомобиля, я зачистил номер от появившейся небольшой коррозии и залепил обычным детским пластилином. На днях, спустя 9 лет, при покраске рамы, я удалил пластилин. Оказалось, что под слоем пластилина даже зачищенный голый металл оказался совершенно чистым (фото 18-20):


Из-за ограничений по количеству фото, продолжение будет перенесено в следующую запись.
Продолжение. Часть 2.

Всем хорошего дня, и не ржаветь!

Дата: 2017-09-06

www.drive2.ru

Применение

Магазин R-DOP.ru предоставляет уникальную возможность купить компопласт на самых выгодных в регионе условиях. Этот материал может применяться в целях:

  • заполнения отверстий;
  • изготовления формообразующих и силовых конструкций, включая матричные элементы, корпуса и подиумы для сабвуферов, переходные рамки и декоративные вставки для приборных панелей с мультимедийными системами;
  • восстановления отдельных деталей интерьера автомашины;
  • изготовления и ремонта бытовых предметов (например акриловых поддонов).

Свойства

В числе базовых характеристик, которыми обладает композитный пластилин, следует выделить:

  • отсутствие запаха;

  • легкость;
  • абсолютную безопасность использования;
  • устойчивость к горению, воздействию влаги и различных температурных режимов;
  • высокую удельную прочность;
  • превосходную адгезию к поверхностям из древесины, металла, пластиков;
  • впечатляющую износостойкость;
  • минимальную усадку в процессе отверждения (до 0,1 %);
  • возможность обработки после отверждения при помощи абразивного воздействия, обтягивания, окрашивания;
  • возможность производства размеростабильных, устойчивых к нагрузкам и деформациям конструкций (в частности, элементы из компопласта могут служить ответной частью для фиксации болтами);
  • возможность одновременного создания материала и конструкции из него при минимальных затратах времени (1−2 часа).

Особенности применения

В результате смешивания в равных пропорциях компонентов данного материала формируется пластичная масса, с которой в течение 35−40 минут можно работать, как с обычным пластилином. В дальнейшем происходит ее отверждение и превращение в однородное плотное соединение. Сформированную при помощи этого материала поверхность до ее застывания рекомендуется протереть спиртом. Окончательное отверждение массы происходит спустя сутки. По завершении этого периода можно выполнить финишную покраску поверхности. Цена на компопласт в магазине R-DOP.ru доступна всем категориям автовладельцев.

r-dop.ru


Технический пластилинСколько помню, всегда приходилось самостоятельно осваивать что-то новое в тюнинге. Ведь мы, в основном, все самоучки… Иногда обмениваемся опытом, но чаще  добываем знания ценой собственных ошибок. Такой была и моя школа тюнинга.

Поменять серийный руль на руль с тюнингом (анатомия + кожа)

Пластилин – мягкий материал. А летом, даже слишком мягкий… Но можно пользоваться для лепки тюнинга, специальным пластилином для скульпторов. Тому, как его применять и создавать мастер модели для съема матриц, посвящена большая часть статей на блоге. О технике лепки и инструментах смотрите в этой статье.

Технический пластилин

Как и какими инструментами разгладить пластилин.

Единственная трудность в работе с пластилином – отсутствие достаточного количества самого пластилина для тюнинга. Производители скульптурного пластилина в последнее время сильно подняли цену. Я приобретал свой пластилин уже давно и накопил немалое  количество. Но бывает, что для большого проекта приходится брать у друзей. Кто-то и ко мне обращается за пластилином на время своего проекта.


Технический пластилин

01. Для того, чтобы понять сколько может понадобиться на обвес из двух бамперов, больших расширителей арок и  накладок на пороги, оцените кладку из кирпичей скульптурного пластилина общим весом 200 кг. Правда, не обязательно сразу лепить весь обвес. Если пластилина мало,  я начинаю с переднего бампера, снимаю с него матрицу и клею деталь из стеклопластика. Готовый бампер ставлю на кузов, а освободившийся пластилин использую для лепки следующих деталей тюнинга. Но, если ваша мечта – собственное тюнинг ателье, копите пластилин постепенно, чтобы хватало на обвес целиком.

Холодный скульптурный пластилин бывает очень твердым таким, что наносить его на каркас модели тюнинга невозможно. Свойства пластилина так подобраны, чтобы можно было  им лепить  только в разогретом состоянии. После остывания он обрабатывается специальными инструментами. Для разных целей я нагреваю пластилин от состояния чуть теплого  до полностью жидкого.

02. Фабричные бруски или куски уже работавшего пластилина я набиваю в большую алюминиевую кастрюлю, накрываю крышкой и ставлю в духовку. Сначала задаю температуру 100 – 150 градусов на первые полчаса. Потом снижаю до 50 градусов. При такой температуре легче следить за его состоянием.


Замороченные  академическим макетированием дизайнеры, или владельцы фирменных пластилиновых печек разогревают пластилин до однородного мягкого состояния. Рабочее состояние пластилина вечно спешащего макетчика тюнинга, это слегка подогретые комья, которые можно мять руками. Когда у краев кастрюли появляется жидкий пластилин, я разбиваю и размешиваю в нем все комья. Через несколько минут пластилином можно пользоваться.

Технический пластилин

03. Недостаток перегретого пластилина в том, что он очень долго остывает до рабочего состояния. Хотя, после остывания работать с таким пластилином одно удовольствие.

04. После двух – трех проектов пластилин приходится фильтровать. Разогретый до жидкого состояния, он легко проливается через стальную сетку. Весь мусор, с небольшим количеством пластилина выбрасывается, а чистый заливается в плоские коробки. После остывания получаются удобные для следующей работы бруски.

Технический пластилин

05. В тюнинге автомобилей для работы со скульптурным пластилином применяются специальные инструменты. Скребки каждый макетчик, как правило, делает сам. Я вырезаю куски полосы металла нужной конфигурации и привариваю их к стальным прутьям — ручкам. Для скребков можно использовать полотна от ножовки (пилы), а для ручек  куски арматуры, ручки отверток или другие подходящие варианты. Я видел у макетчиков самые невообразимые по форме скребки. Рабочую пластину скребка можно использовать для двух режимов работы. Поэтому с одной стороны скребок пропиливается насечками (о работе скребком смотри дальше).


Технический пластилин

06. Еще один важнейший инструмент – короткая стальная линейка. Пятнадцати сантиметровую линейку я использую с двух сторон, так же как и скребок. С одной стороны линейки делаю пропилы через каждый сантиметр. Так получается «зубастая» линейка.

Лепка из пластилина  — самая лучшая школа тюнинга! На небольших (масштабных) макетах можно быстро искать форму и тренировать рациональное воображение. Не фантазировать, как на бумаге  карандашом, а отрабатывать пластику под технологию изготовления. Я часто проектирую дизайн одновременно на бумаге и прокачиваю фрагменты формы из пластилина.

Формование, например, обвеса из стеклопластика, заставляет учитывать ограничения технологии на пластилиновой модели. Удобство изготовления, особенно тиражных изделий из стекловолокна, может сильно отразиться на дизайне. Часто в сторону упрощения и большей выразительности пластики – меньшим количеством изломов и отверстий, но крупными, энергичными гранями и длинными пластичными линиями.

Технический пластилин

07. Технология  формования стеклопластикового тюнинга по скульптурному пластилину подсказывает мне и некоторые приемы лепки модели. Например, чтобы удаление пластилина из стеклопластиковой детали или матрицы было не таким долгим, я набираю основу модели рыхло, крупными кусками, а не заливаю расплавленным пластилином в однородную массу. Да и процесс набора массы проходит на порядок быстрее.

Технический пластилин

08. Основание из пластилина в моем исполнении выглядит как необработанный камень, отдаленно напоминающий форму  будущей модели. Отдельные кусочки пластилина не плотно склеены между собой. Соединить их сверху можно более мягким пластилином, или размять верхний слой пальцами.

В свое время я прошел Технический пластилинхорошую школу тюнинга в НАМИ. Учился правильно работать с пластилином у опытных автомобильных дизайнеров. Там же подсмотрел многие профессиональные приемы построения формы модели. Применение инструментов для формирования  и выравнивания поверхности пластилина — тоже НАМИшный опыт.

Технический пластилин

09.   Бесформенную, рыхлую массу пластилина я формирую прямым скребком. Сторона с пропилами испытывает меньшее сопротивление, когда тянет пластилин. Зубастым скребком я грубо разравниваю модель, разбиваю и разглаживаю комья.

Технический пластилин

10. В отличие от жесткого прямого скребка, линейка может изгибаясь принимать радиус поверхности. Округлые формы пластилиновой модели я разглаживаю зубастой линейкой. Один секрет – чередуйте направление движения линейки под разным углом.

Технический пластилин

11. После того, как поверхность оформилась и приняла очертания пластики задуманного тюнинга, можно приступать к последнему этапу. В ход идет маленькая и большая линейки, разной формы скребки. Гладкой стороной я протягиваю всю пластилиновую мастер-модель тюнинга. Хороший скульптурный пластилин после такой протяжки начинает блестеть, хотя я не ставлю целью до блеска натереть поверхность пластилина. У меня нет необходимости снимать чистовую матрицу с пластилиновой мастер-модели или останавливаться на этапе пластилиновой формы. Мелкие дефекты – раковины, царапины, вмятины, пузырьки я оставляю на пластилине. Единичные экземпляры изделий, которые я делаю, можно доработать или в матрице или на самой детали из стеклопластика.Технический пластилин

Как я понимаю, школа тюнинга это не штудирование пластилиновой модели, а изучение технологии изготовления детали тюнинга из стеклопластика. Важен результат и скорость его воплощения!!!


Еще статьи о тюнинге своими руками. Школа тюнинга.

Изготовление обвесов на заказ. Тюнинг Тахо. Москва. Часть 1.

Тюнинг Chevrolet Tahoe. Изготовление обвесов на заказ. Москва. 2.

Макет из пластилина. Изготовление обвесов из стекловолокна.

Бампер из стекловолокна. Сделать симметрию.

Chevrolet Express тюнинг. Строим салонную перегородку. Москва.

Статьи о тюнинге своими руками.

Автор: Михаил Романов
Сайт: http://bosscar.ru

При копировании статьи поставьте, пожалуйста, ссылку на мой блог.

bosscar.ru

ВЕСТНИК ПНИПУ

2014 Механика № 2

УДК 539.3; 623.423

С.Б. Сапожников, А.В. Игнатова

Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕХНИЧЕСКОГО ПЛАСТИЛИНА ПРИ КВАЗИСТАТИЧЕСКОМ И ДИНАМИЧЕСКОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ

В работе проведены экспериментальные исследования механических свойств технического пластилина, который представляет собой композитный материал, состоящий из матрицы (смесь парафина и масел) и порошкового наполнителя (тальк, глина, пигменты) при растяжении, сжатии, сдвиге и внедрении сферического индентора. При постоянной скорости деформирования (растяжение, сжатие) получены кривые «напряжение — деформация», характеризующиеся малым упругим участком, зоной протяженной текучести до деформаций 15-20 %. На основании экспериментальных данных получена степенная зависимость предела текучести от скорости деформирования в диапазоне 0,0004…80 с-1. Таким образом, деформирование технического пластилина может быть удовлетворительно описано упруго-вязкой моделью типа Нортона с последовательным соединением упругого и вязкого элементов.

Технический пластилин при растяжении и сдвиге свыше 3-5 % деформации начинает интенсивно накапливать рассеянные микроповреждения, что не позволяет использовать сдвиговые испытания в качестве тестовых при определении предела текучести подобно известным методикам для металлов. Пределы текучести при сжатии и растяжении при одинаковых скоростях деформирования близки.

При внедрении сферического индентора диаметром 43 мм в пластилиновый блок толщиной 75 мм получена линейная диаграмма «усилие — глубина внедрения» вплоть до глубины 3 мм, что позволило считать постоянной величину твердости пластилина при определенной скорости деформирования. Удалось получить также динамическую твердость как энергию падающего тела, деленную на объем отпечатка в пластилине. Статическое и динамическое индентирование представляет собой перспективный метод исследования пластических свойств материалов в силу своей простоты. Однако необходимо установить корреляционный коэффициент, связывающий значение твердости с пределом текучести. Для рассмотренного материала такой коэффициент составил 0,24 при отсутствии трения между телами.

Ключевые слова: технический пластилин, пластичность, вязкость, растяжение, сжатие, сдвиг, скорость деформирования, диаграмма деформирования, предел текучести, твердость.

S.B. Sapozhnikov, A.V. Ignatova

South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation

MECHANICAL PROPERTIES OF TECHNICAL PLASTICINE UNDER STATIC AND DYNAMIC LOADINGS

This paper presents experimental studies of the mechanical properties of technical plasticine -which is a composite material consisting of a matrix (a mixture of wax and oils) and particulate filler (talc, clay, pigments) — under tension, compression, shear and penetration of a spherical indenter. At a constant strain rate (tension, compression) "stress — strain" diagrams have been obtained and characterized by a small elastic zone and yield strains up to 15-20 %. On the basis of experimental data power law for dependence of yield strength vs the strain rate in the range of 0.0004 … 80 s-1 have been obtained. Thus, the deformation of technical plasticine can be described by viscoelastic Norton-type model with a serial connection of elastic and viscous elements.

Under the tensile and shear strain of the technical plasticine over 3…5 % it begins to rapidly accumulate scattered microdamages, which does not allow using shear test as a test for determination of the yield stress like in the known methods related to metals. The yield stresses under tension and compression are close at the same strain rates.

A linear diagram "force — penetration depth" down to a depth of 3 mm are obtained at penetration of a spherical indenter with a diameter of 43 mm in a plasticine block of 75 mm thick. Thus, the plasticine hardness is constant at a certain strain rate. The authors have managed to get dynamic hardness as the energy of a falling body, divided by the volume of cavity in the plasticine. Static and dynamic penetration is a promising method for the study of plastic properties of materials because of its simplicity. However it is necessary to establish the correlation coefficient relating hardness and yield stress. For the considered material such ratio is 0.24 at the frictionless condition.

Keywords: technical plasticine, plasticity, viscosity, tension, compression, shear, strain rate, diagram of deformation, yield stress, hardness.

Введение

Технический пластилин (ТП) находит широкое применение, например, при тестировании средств индивидуального бронирования как среда, регистрирующая форму и глубину вмятины после удара пулей или ножом в бронежилет [1, 2], как модельный материал при изучении процессов обработки давлением (ковка, штамповка, прокатка [3-8]), при моделировании процессов пенетрации [9-16]. При нормальных условиях пластилин показывает себя низкомодульным вязкоупругим материалом. Его механические свойства существенно зависят от температуры и скорости деформирования. ТП представляет собой многокомпонентный композитный материал — высоковязкую суспензию воска, жиров и ультрамелкодисперсных наполнителей (талька, глин и пигментов). Трудность работы с ним заключается в его сравнительно низких механических свойствах, требующих высокоточного оборудования и тщательного контроля температуры испытаний. ТП не являет-

ся конструкционным материалом, и этим определяется отсутствие справочных данных о его механических свойствах. Отметим также, что математические модели пластилина используются в численных методах оценки качества бронежилетов [9-15], поэтому исследования механических свойств ТП являются актуальными.

В данной работе исследования проведены на скульптурном пластилине c долей наполнителя около 50 % в широком диапазоне скоростей деформирования (шесть порядков) при нормальных условиях (температура окружающей среды +20°±1°С). Показано, что ТП проявляет степенную зависимость предела текучести от скорости деформирования, т.е. представляет собой существенно реономную среду с возможностью накопления рассеянных микроповреждений и разрушением при больших деформациях.

1. Методика исследования и результаты

Проведены квазистатические испытания ТП на растяжение, сжатие и сдвиг. Замер деформаций проводили с использованием бесконтактного видеоэкстензометра AVE, входящего в комплект универсальной испытательной машины INSTRON 5882: на образец крепили метки, которые идентифицирует AVE, находит геометрический центр каждой метки и вычисляет текущее расстояние между ними. Метки должны следовать за деформациями образца, т.е. прочно крепиться к поверхности пластилина. В качестве меток использовали бумагу.

Рис. 1. Образцы для испытаний на растяжение — 1, сжатие — 2 и сдвиг — 3

Метки должны контрастировать с поверхностью образца, поэтому в AVE используется плоско поляризованный источник света, а материал меток должен обеспечивать деполяризацию света. Это легко выполняется на металлических поверхностях и не всегда на резине или пластике. При невозможности использования меток (большие деформации сжатия) использовали для замера деформаций датчик перемещения траверсы машины. Погрешность измерения удлинения образца соответствовала погрешности измерения перемещения траверсы машины (±1 мкм), так как жесткость образцов была на несколько порядков ниже жесткости машины и силоизмерителя. Общий вид образцов для испытаний показан на рис. 1.

Испытания на растяжение

Из пластины ТП толщиной 5 мм на вырубном прессе IDM получены стандартные для низкомодульных материалов образцы (ASTM D412 тип 4), которые закрепляли в тисочных захватах Instron 2710-106 (рис. 2). Образцы имели общую длину 100 мм, длину и ширину рабочей части 20 и 5 мм соответственно и захватные части шириной 15 мм.

Рис. 2. Образец с метками для испытаний на растяжение в тисочных захватах

Силоизмеритель с пределом 100 Н был использован для фиксации нагрузки, скорость движения захвата варьировали в диапазоне 1-400 мм/мин. Полученные кривые «нагрузка — перемещение» обработали в кривые «условное напряжение — деформация». Диаграммы

растяжения в условных напряжениях приведены на рис. 3. Цифры у кривых — скорость деформирования, с-1, которая вычисляется как отношение скорости перемещения к начальной длине образца (на рис. 6, 8 и 9 аналогично). Эксперименты показывают наличие спадающих ветвей диаграмм растяжения при деформациях более 3-5 %, чего не было бы, если бы материал работал упругопластически и не имел внутренних микроповреждений (микротрещин и т.п.). Кривые в истинных напряжениях и деформациях не приводятся, так как нет оснований для использования предположения о несжимаемости при растяжении (см. рис. 3).

о, МПа

0,3

0,2

0,1

I-1-1-

0 10 20 е,%

Рис. 3. Диаграммы растяжения

Можно отметить, что образование шейки и начало падающего участка кривой деформирования происходит при разных деформациях (от 4 % при высокой скорости до 10 % при малой скорости деформирования). Обработка начальных участков деформирования показала, что величина модуля упругости равна 30±5 МПа.

Из пластины ТП толщиной 5 мм были вырезаны плоские образцы с размерами 27x5x100 мм, которые закрепляли в тисочных захватах Instron 2710-106 (рис. 4). Скорость движения захвата 5 мм/мин, продольную и поперечную деформации фиксировали с помощью системы DIC (Digital image correlation, фирма Correlated Solution), скорость съемки составляла 1 кадр/с, схема 2D (съемка одной камерой). На по-

верхность образца были установлены специальные маркеры для фиксации продольной и поперечной деформации. Маркеры представляли собой канцелярские «гвоздики» с плоской шляпкой, у которых игольчатая часть была полностью погружена в образец. Иные способы крепления маркеров не позволили получить надежные результаты. Полученные зависимости «отношение поперечной деформации к продольной — продольная деформация» приведены на рис. 5, штрих-пунктир -полиномиальная аппроксимация, сглаживающая экспериментальные данные. При малых деформациях коэффициент Пуассона равен 0,30 и далее увеличивается до 0,45 при продольной деформации 3 %. Дальнейшее увеличение деформаций приводит к появлению микроповреждений (отслоение матрицы от твердых включений) и возникновению микрополостей, деформации которых приводят к немонотонному изменению отношения поперечной деформации к продольной. На рис. 5 приведена также расчетная зависимость отношения поперечной деформации к продольной для несжимаемого материала с начальным коэффициентом Пуассона 0,5. Различия достаточно очевидны, чтобы говорить о нарушении гипотезы несжимаемости при растяжении при деформациях, больших 3-5 %.

Рис. 4. Образец с метками для определения коэффициента Пуассона при растяжении

Рис. 5. Зависимость «поперечная деформация — продольная деформация» при растяжении

Испытания на сжатие

Из пластины ТП толщиной около 30 мм были вырезаны образцы в виде параллелепипеда со средними размерами 15*15*30 мм, которые испытали на сжатие между плоскими плитами со скоростями 1, 5, 50 и 500 мм/мин. Диаграммы сжатия в условных напряжениях приведены на рис. 6.

10 20 Рис. 6. Диаграммы сжатия ТП

Разброс механических свойств материала связан, очевидно, с неоднородностью структуры и зависимостью свойств от температуры (контроль температуры образца с погрешностью, меньшей 1 °С, был невозможен).

Испытания на сдвиг

Из пластины ТП толщиной 3,5 мм были вырезаны образцы в виде параллелепипеда с размерами 3,5*26*40 мм, которые закрепили между стеклянными пластинами толщиной 2 мм и испытали на чистый сдвиг (рис. 7) со скоростями сближения захватов 0,1-81 мм/мин. Высокая адгезия пластилина к стеклу после небольшого поджатия позволяет проводить испытания вплоть до разрушения без дополнительного клея. Диаграммы сдвига приведены на рис. 8.

скорость захватов

0,16 мм/мин

0,81 мм/мин

8,08 мм/мин

80,83 мм/мин

Рис. 7. Образец для испытаний на сдвиг в тисочных захватах

Рис. 8. Диаграммы сдвига ТП

Динамическое сжатие

Образцы с размерами 15*15 мм (площадь поперечного сечения £ = 225 мм2) и длиной Ь0 = 30 мм нагружали падающим грузом массой т = 200 г с высоты Н = 0,1-1 м. Сопротивление воздуха не учитывали. Регистрировали остаточную длину АЬ образцов после испытаний для вычисления предела текучести ст и скорости деформирования е в предположении идеальной текучести и пренебрежении тепловыми эффектами (потенциальная энергия груза полностью переходит в работу пластического деформирования):

ат = mgH|( АЬ), е= ,^/(2^). (1)

Значения пределов текучести в функции от скорости деформирования приведены на рис. 11.

Статическое индентирование

Альтернативой сжатию призматических образцов могут служить испытания на индентирование. В данной работе в поверхность ТП с размерами 180*180*75 мм вдавливали стальную сферу диаметром Б = 43 мм и массой т = 321 г. Она была закреплена на верхнем захвате и до испытания не касалась поверхности образца. Сферу внедряли со скоростями 5, 20 и 100 мм/мин на испытательной машине ШБТКОК 5882. Диаграммы индентирования «усилие Р — глубина внедрения и» представлены на рис. 9. Можно заметить, что в начале диаграммы ин-дентирования наблюдается нелинейность, но эта область достаточно мала, чтобы аппроксимировать линейной функцией диаграмму индентиро-вания до глубины 2-3 мм без потери точности. Это позволяет считать твердость ТП по Бринеллю неизменной величиной в этом диапазоне.

После разгрузки на поверхности ТП регистрировали диаметр й отпечатка методом фотографирования с обработкой изображения на компьютере. Погрешность измерения диаметра не превышала 0,1 мм. Глубину отпечатка вычисляли по формуле

И = Б -Б2 — й2

22 . (2)

В источниках [17-19] для весьма пластичных металлов приводится линейная связь твердости по Бринеллю с пределом прочности/текучести

от = к ■ НВ, НВ = Р/ (2жЯк),

(3)

здесь Р — сила; Я — радиус сферы; 2кЯН — площадь поверхности отпечатка; к — коэффициент, равный 0,33-0,36 для сталей.

Рис. 9. Кривые индентирования при статическом нагружении

Для расчета скорости деформирования необходимо иметь информацию о размере очага деформации под индентором, где материал испытывает сжатие, по аналогии с длиной образца Ь0, на которую производится деление скорости движения траверсы и при испытаниях на сжатие призматических образцов. Очагом деформации в данной работе считается объем, испытывающий напряжения сжатия, составляющие не менее 5 % от максимального значения под индентором. Размеры очага деформации можно приближенно оценить, используя решение задачи Буссинеска (действие сосредоточенной силы на упругое полупространство) [20, 21]. В соответствии с этим решением радиальные напряжения сжатия изменяются по глубине образца по зависимости

о(г) =

3Р1 2п г2

(4)

где г — расстояние от точки приложения нагрузки. Учитывая, что напряжение на площадке контакта равно НВ (см. зависимость (3)), то глубину очага деформации несложно найти из условия о(г=Ь0)=НВ/20. Отсюда следует, что

L0 =V 60 R • h.

(5)

Для оценки корректности (5) проведен статический расчет напряженного состояния в зоне контакта пластилина со сферическим ин-дентором в конечно-элементном пакете ANSYS Workbench v. 14.5. В осесимметричной 2D модели материал пластилина и сферы задавали идеально упругими. Сфера была выполнена из стали, а упругие характеристики пластилина приняты следующими: Е = 25 МПа, ц = 0,3. Сферический индентор в расчете перемещали на 3 мм с автоматическим определением реакций опор (964 Н). Среднее напряжение сжатия на площадке контакта составляли 4,08 МПа (радиус площадки контакта и ее глубина составляли 8,5 и 1,75 мм соответственно). Значение, соответствующее 5 % от 4,08 МПа, равно 0,20 МПа. В результате расчета «длина образца L0» составила L0 = 47,5 мм (рис. 10). Подстановка найденных значений в (5) дает L0 =V60 • 21,5 1,75 = 47,5 мм. Совпадение вполне удовлетворительное.

Рис. 10. Распределение сжимающих напряжений при индентировании

Если пластилин проявляет пластические свойства, то связь предела текучести и величиной твердости по Бринеллю (3) определяется коэффициентом к = 0,24 при отсутствии трения. Это было показано статическим расчетом в конечно-элементном пакете ANSYS Workbench v.14.5. В осесимметричной 2D-модели материал пластилина задавали упруго-идеально-пластическим (билинейная диаграмма деформирования с нулевым упрочнением), а материал сферы (диаметр 43 мм) —

сталь (идеально упругий). Отличие найденного коэффициента от величины 0,33-0,36 (3) объясняется практической недеформируемостью стального индентора в контакте с пластилином в отличие от испытания сталей. Диаграмма индентирования была практически линейной вплоть до максимального перемещения 3 мм.

Отмеченная линейность диаграмм индентирования оказывается полезной для анализа и сравнения статической и динамической твердости. В работах [22-25] введено понятие «динамической твердости» как частного от деления энергии падающего тела на объем вытесненного материала. В условиях квазистатического нагружения это соответствует энергии деформирования Э (площадь под кривой индентирования), деленной на объём отпечатка V в ТП. Результаты расчетов (таблица) показывают, что статическая и динамическая твердости близки, если скорости деформирования совпадают. Динамическую твердость вычисляли по зависимости

Э „ Р ■ и

НВ=—, Э=-, V = пИ

V 2

' й2 И2 ^

6

(6)

Сопоставление значений статической и динамической твердости

Скорость деформирования 10-3, 1/с Статическая твердость, МПа Динамическая твердость, МПа Погрешность, %

1 0,89 0,45 0,48 6,25

2 0,89 0,44 0,47 6,38

3 0,89 0,39 0,43 9,30

среднее 0,89 0,43 0,46 7,31

4 3,50 0,58 0,60 3,33

5 3,50 0,53 0,56 5,36

6 3,50 0,55 0,59 6,78

среднее 3,50 0,55 0,58 5,16

7 17,53 0,89 0,92 3,26

8 17,53 0,90 0,95 5,26

9 17,53 0,83 0,89 6,74

среднее 17,53 0,87 0,92 5,07

Динамическая твердость (ударное индентирование) На поверхность ТП с размерами 180*180×75 мм с высоты Н = 0,1-1 м вертикально сбрасывали сферический индентор диаметром Б = 43 мм и массой т = 321 г. Сопротивлением воздуха пренебрегали.

Измеряли диаметр отпечатка методом фотографирования, аналогично п. «Статическое индентирование» и вычисляли его глубину по формуле (2).

Динамическую твердость вычисляли по зависимости (6), в которой вместо 0,5Ри использовали потенциальную энергию падающего тела mgH. Вычисление динамических пределов текучести проводили по зависимости (3). На рис. 11 представлена степенная зависимость предела текучести от скорости деформирования и экспериментальные точки при квазистатическом и динамическом нагружениях, которая в двойных логарифмических координатах имеет вид линейной функции.

Рис. 11. Зависимости пределов текучести от скорости деформирования

Аппроксимирующая кривая для случая растяжения/сжатия/ин-дентирования имеет вид степенного закона:

от = 6,37 105 •£0,266. (7)

Для чистого сдвига это уравнение несколько иное:

от = 2,23•Ю5 • £°347. (8)

Однако при высоких скоростях деформирования результаты сближаются, что делает возможным использование классических теорий пластичности при анализе баллистических задач со скоростями

деформирования более 104 с-1. Иными словами, технический пластилин в расчетах на растяжение/сжатие может быть имитирован моделью типа Нортона (вязкоупругое тело с последовательно соединенным упругим и вязким элементами). У вязкого элемента скорость ползучести зависит от приложенного напряжения в соответствии со степенным законом типа е = 1,54-10-22 о3,759.

2. Результаты испытаний и их анализ

Получено, что технический пластилин при растяжении и сжатии имеет близкие значения физических пределов текучести в диапазоне скоростей деформирования 0,0004-80 с-1. Однако испытания на сдвиг нарушают наблюдаемую картину: предел текучести при сдвиге оказывается связан с пределами текучести на растяжение (сжатие) коэффициентом 0,24, тогда как для классического упругопластического материала должно быть 0,5-0,6 (в зависимости от выбранной теории пластичности). Это связано с тем, что при сдвиге не выполняется гипотеза несжимаемости материалов (неизменность объема) при некоторых деформациях из-за развития рассеянных микроповреждений от растягивающей компоненты напряженного состояния (рис. 3 при деформациях больше 3-5 %), т.е. задолго до полного разрушения.

Предел текучести материала при испытаниях на ударное инден-тирование удовлетворительно согласуется с результатами измерений предела текучести при испытаниях на динамическое сжатие призматических образцов.

Выводы

Технический пластилин является полимерным композитом, армированным мелкодисперными наполнителями с объемной долей около 50 %. Он демонстрирует реономное поведение, изменяя предел текучести в 20 раз при изменении скорости деформирования на пять порядков. Материал проявляет при сдвиге и сжатии развитую пластичность, деформации текучести превышают 25-30 %. Однако при растяжении пластилин ведет себя как материал с весьма ограниченной пластичностью, в диапазоне деформаций 3-5 % в нем зарождаются микроповреждения, приводящие к появлению спадающего участка кривой «напряжение — деформация», образованию шейки и разрыву при средних деформациях 25-40 %. При динамическом

сжатии падающим грузом предел текучести пластилина достигает величины 2 МПа.

Полученные данные могут быть использованы при численных расчетах кинетики деформирования тканевых бронеструктур, лежащих на вязкоупругом основании, а также при экспериментальном моделировании процессов пластической обработки металлов.

Библиографический список

1. NIJ Standard-0101.04. Ballistic Resistance of Personal Body Armor / National Institute of Justice Office of Science and Technology, September 2000. — 67 p.

2. NIJ Standard-0115.00. Stab Resistance of Personal Body Armor / National Institute of Justice Office of Science and Technology, September 2000. — 46 p.

3. Park J.-J. Finite-element analysis of cylindrical-void closure by flat-die forging // ISIJ International. — 2013. — Vol. 53. — No. 8. — P. 1420-1426.

4. Segawa A., Kawanami T. Rolling-deformation characteristics of clad materials determined by model experiment and numerical simulation: experimental rolling tests using plasticine // Journal of Materials Processing Technology. — 1995. — Vol. 47. — P. 375-384.

5. Zulauf J., Zulauf G. Rheology of plasticine used as rock analogue: the impact of temperature, composition and strain // Journal of Structural Geology. — 2004. — Vol. 26. — P. 725-737.

6. Exploring material flow in friction stir welding: Tool eccentricity and formation of banded structures / F. Gratecap, M. Girard, S. Marya, G. Racineux // International Journal of Material Forming. — 2012. — Vol. 5. -P. 99-107. DOI: 10.1007/s12289-010-1008-5

7. An inverse technique for evaluation of flow parameters of modeling materials using extrusion / K.K. Pathak, A.K. Soni, M. Sharma, M.M. Sahu // Experimental Techniques. — 2013. — Vol. 37. — No. 2. — P. 16-22. DOI: 10.1111/j.1747-1567.2011.00745.x

8. Sofuoglu H., Rasty J. Flow behavior of Plasticine used in physical modeling of metal forming processes // Tribology International. — 2000. -Vol. 33. — P. 523-529.

9. Bhattacharjee D., Kumar A., Biswas I. Energy absorption and dynamic deformation of backing material for ballistic evaluation of body armour // Defence Science Journal. — 2013. — Vol. 63. — No. 5. — P. 462-466.

10. Johnson W., Sengupta A.K., Ghosh S.K. Plasticine modelled high velocity oblique impact and ricochet of long rods // International Journal of Mechanical Sciences. — 1982. — Vol. 24. — No. 7. — P. 437-455.

11. Долганина Н.Ю. Оценка баллистического предела и прогиба многослойных тканевых пластин при ударе индентором // Вестник ЮУрГУ. Машиностроение. — 2010. — Вып. 15, № 10 (186). — С. 17-23.

12. Bivin Yu. K. Strain and Fracture of Circular Plates under Static and Dynamical Loading by a Spherical Body // Mechanics of Solids. -2008. — Vol. 43. — No. 5. — P. 798-807. DOI: 10.3103/S0025654408050154

13. Bivin Yu.K., Simonov I.V. Mechanics of Dynamic Penetration into Soil Medium // Mechanics of solids. — 2010. — Vol. 45. — No. 6. -P. 892-920. DOI: 10.3103/S0025654410060130

14. Karahan M., Kus A., Eren R. An investigation into ballistic performance and energy absorption capabilities of woven aramid fabrics // International Journal of Impact Engineering. — 2008. — Vol. 35. — No. 6. -P. 499-510.

15. Cork C.R., Foster P.W. The ballistic performance of narrow fabrics // International Journal of Impact Engineering. — 2007. — Vol. 34. -No. 3. — P. 495-508. DOI: 10.1016/j.ijimpeng.2005.10.006

16. Исследование закономерностей локализации пластической деформации при высокоскоростном пробивании образцов из сплава А6061 / Е.А. Ляпунова, М.А. Соковиков, В.В. Чудинов, С.В. Уваров, О.Б. Наймарк // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Механика. -2010. — № 2. — С. 79-86.

17. Zhang P., Li S.X., Zhang Z.F. General relationship between strength and hardness // Materials Science and Engineering: A. — 2011. -Vol. 529. — P. 62-73.

18. Стоев П.И., Мощенок В.И. Определение механических свойств металлов и сплавов по твердости // Вестник Харьковского научного университета им. Каразина. — 2003. — Т. 601, № 2(22). — С. 106-112.

19. Марковец, М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. — М.: Машиностроение, 1979. — 191 с.

20. Лурье А.И. Теория упругости. — М.: Наука, 1970. — 940 с.

21. Филоненко-Бородач М.М. Теория упругости. — М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1959. — 364 с.

22. Способ определения динамической твердости материалов: пат. 2258211 Рос. Федерация: МКП7 G 01 N 3/48 / Болденков В.В., Дрокин П.А.; заявитель и патентообладатель Минатом РФ, ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». — № 2004109856/28; заявл. 31.03.04; опубл. 10.08.05, Бюл. № 22. — 6 с.

23. Горик А.В., Ковальчук С.Б., Шулянский Г.А. Определение упругопластического коэффициента ударного взаимодействия сферического индентора с деформируемым полупространством // Восточноевропейский журнал передовых технологий. — 2013. — Т. 1, № 7 (61). -С. 56-59.

24. Inelastic deformation and failure of tungsten carbide under ballistic-loading conditions / P.J. Hazella, G.J. Appleby-Thomas, K. Herlaar, J. Painter // Materials Science and Engineering: A. — 2010. — Vol. 527. -No. 29-30. — P. 7638-7645.

25. Sundararajan G., Tirupataiah Y. The localization of plastic flow under dynamic indentation conditions: I. Experimental results // Acta Mate-rialia. — 2006. — Vol. 54. — P. 565-575. DOI: 10.1016/j.actamat.2005.09.022

References

1. NIJ Standard-0101.04. Ballistic Resistance of Personal Body Armor. USA, National Institute of Justice Office of Science and Technology, 2000, 67 p.

2. NIJ Standard-0115.00. Stab Resistance of Personal Body Armor. USA, National Institute of Justice Office of Science and Technology, 2000, 46 p.

3. Park J.-J. Finite-element analysis of cylindrical-void closure by flat-die forging. ISIJInternational, 2013, vol. 53, no. 8, pp. 1420-1426.

4. Segawa A., Kawanami T. Rolling-deformation characteristics of clad materials determined by model experiment and numerical simulation: experimental rolling tests using plasticine. Journal of Materials Processing Technology, 1995, vol. 47, pp. 375-384.

5. Zulauf J., Zulauf G. Rheology of plasticine used as rock analogue: the impact of temperature, composition and strain. Journal of Structural Geology, 2004, vol. 26, pp. 725-737.

6. Gratecap F., Girard M., Marya S., Racineux G. Exploring material flow in friction stir welding: Tool eccentricity and formation of banded structures. International Journal of Material Forming, 2012, vol. 5, pp. 99-107.

7. Pathak K.K., Soni A.K., Sharma M., Sahu MM. An inverse technique for evaluation of flow parameters of modeling materials using extrusion. Experimental Techniques, 2013, vol. 37, no. 2, pp. 16-22.

8. Sofuoglu H., Rasty J. Flow behavior of Plasticine used in physical modeling of metal forming processes. Tribology International, 2000, vol. 33, pp. 523-529.

9. Bhattacharjee D., Kumar A., Biswas I. Energy absorption and dynamic deformation of backing material for ballistic evaluation of body armour. Defence Science Journal, 2013, vol. 63, no. 5, pp. 462-466.

10. Johnson W., Sengupta A.K., Ghosh S.K. Plasticine modelled high velocity oblique impact and ricochet of long rods. International Journal of Mechanical Sciences, 1982, vol. 24, no. 7, pp. 437-455.

11. Dolganina N.Yu. Otsenka ballisticheskogo predela i progiba mnogosloynykh tkanevykh plastin pri udare indentorom [Evaluation of ballistic limit and multilayer fabric plate deflection under indenter impact]. Bulletin of the SUSU. Mechanical engineering industry, 2010, vol. 15, no. 10 (186), pp. 17-23.

12. Bivin Yu.K. Strain and Fracture of Circular Plates under Static and Dynamical Loading by a Spherical Body. Mechanics of Solids, 2008, vol. 43, no. 5, pp. 798-807.

13. Bivin Yu.K. Mechanics of Dynamic Penetration into Soil Medium. Mechanics of solids, 2010, vol. 45, no. 6, pp. 892-920.

14. Karahan M., Kus A., Eren R. An investigation into ballistic performance and energy absorption capabilities of woven aramid fabrics. International Journal of Impact Engineering, 2008, vol. 35, no. 6, pp. 499-510.

15. Cork C.R., Foster P.W. The ballistic performance of narrow fabrics. International Journal of Impact Engineering, 2007, vol. 34, no. 3, pp. 495-508.

16. Lyapunova E.A., Sokovikov M.A., Chudinov V.V., Uvarov S.V., Naimark O.B. Issledovanie zakonomernostei lokalizatsii plasticheskoi de-formatsii pri vysokoskorostnom probivanii obraztsov iz splava A6061 [Investigation of regularities of plastic deformation localization at dynamic loading of А6061 alloy — samples]. PNRPU Mechanics Bulletin, 2010, no. 2, pp. 79-86.

17. Zhang P., Li S.X., Zhang Z.F. General relationship between strength and hardness. Materials Science and Engineering: A, 2011, vol. 529, pp. 62-73.

18. Stoev P.I., Moschenok V.I. Opredelenie mekhanicheskikh svoistv metallov i splavov po tverdosti [Definition of mechanical properties of metals and alloys on hardness]. Bulletin of V. N. Karazin Kharkiv National University, 2003, vol. 601, no. 2(22), pp. 106-112.

19. Markovets M.P. Opredelenie mekhanicheskikh svoistv metallov po tverdosti [Determination of the Mechanical Properties of Metals on the Basis of Hardness]. Moscow: Mashinostroenie, 1979, 191 p.

20. Lurie A.I. Teoriia uprugosti [Theory of Elasticity]. Moscow: Nauka, 1970, 940 p.

21. Filonenko-Borodach M.M. Teoriia uprugosti [Theory of Elasticity]. Moscow: Gosudarstvennoe izdatel'stvo fiziko-matematicheskoi litera-tury, 1959, 364 p.

22. Boldenkov V.V., Drokin P.A. Method of determining dynamical hardness of materials. RU patent 2258211, Int. Cl.7 G 01 N 3/48. Proprietors) Minatom RF (RU), FGUP "RFJaTs-VNIIEF" (RU). Appl. No. 2004109856/28. Filed 31.03.2004 and issued 10.08.2004 Bull. 22.

23. Goryk A., Kovalchuk S., Shulyansky D.G. Opredelenie uprugoplasticheskogo koeffitsienta udarnogo vzaimodeistviia sfericheskogo indentora s deformiruemym poluprostranstvom [Determination of elasto-plastic coefficient of shock interaction of spherical indenter with deformable halfspace]. Eastern-european journal of enterprise technologies, 2013, vol. 1, no. 7 (61), pp. 56-59.

24. Hazella P.J., Appleby-Thomas G.J., Herlaar K., Painter J. Inelastic deformation and failure of tungsten carbide under ballistic-loading conditions. Materials Science and Engineering: A, 2010, vol. 527, no. 29-30, pp. 7638-7645.

25. Sundararajan G., Tirupataiah Y. The localization of plastic flow under dynamic indentation conditions: I. Experimental results. Acta Materi-alia, 2006, vol. 54, pp. 565-575.

Об авторах

Сапожников Сергей Борисович (Челябинск, Россия) — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Прикладная механика, динамика и прочность машин» Южно-Уральского государственного университета (454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, e-mail: ssb@susu.ac.ru).

Игнатова Анастасия Валерьевна (Челябинск, Россия) — аспирант кафедры «Прикладная механика, динамика и прочность машин» Южно-Уральского государственного университета (454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, e-mail: ign.nastya@gmail.com).

About the authors

Sergey B. Sapozhnikov (Chelyabinsk, Russian Federation) — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Applied Mechanics, Dynamics and Strength of Machines, South Ural State University (76, Lenin av., Chelyabinsk, Russian Federation, 454080, e-mail: ssb@susu.ac.ru).

Anastasia V. Ignatova (Chelyabinsk, Russian Federation) — Ph.D. student, Department of Applied Mechanics, Dynamics and Strength of Machines, South Ural State University (76, Lenin av., Chelyabinsk, Russian Federation, 454080, e-mail: ign.nastya@gmail.com).

Получено 24.04.2014

Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:

Сапожников С.Б., Игнатова А.В. Исследование механических свойств технического пластилина при квазистатическом и динамическом деформировании // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. — 2014. — № 2. — С. 200-219.

Please cite this article in English as:

Sapozhnikov S.B., Ignatova A.V. Mechanical properties of technical plasticine under static and dynamic loadings. PNRPUMechanics Bulletin. 2014. No. 2. P. 200-219.

cyberleninka.ru


Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.