Эволюция полей напряжений на поверхности муфтового соединения арматурных стержней при одноосной деформации растяжением

Актуальность. Муфтовые соединения арматуры для фиксации стыков в строительных конструкциях широко используются на практике, и, как следствие, необходима информация об особенностях распределений деформационных полей на поверхности муфтового соединения при деформационных воздействиях для получения расчетных зависимостей при эксплуатации таких арматурных соединений.
Цель работы – исследование напряженно-деформированного состояния стыков арматурных стержней при растяжении, натурных узлов сопряжения элементов из арматурных стержней класса А500 методом бесконтактной трехмерной цифровой оптической системы с использованием метода корреляции цифровых изображений, а также изучение влияния деформационного воздействия на микроструктуру из стали марки Ст20 методом просвечивающей электронной микроскопии.
Результаты. В ходе испытаний получены деформационные кривые муфтового соединения арматуры в координатах «нагрузка − перемещение» и на основе их анализа выявлены три стадии: стадия I обусловлена упругой деформацией муфтового соединения; стадия II отражает стадию параболического упрочнения; стадия III соответствует стадии, предшествующей разрушению муфтового соединения.
Анализ распределений деформационных полей на поверхности муфтового соединения методом бесконтактной трехмерной цифровой оптической системы с использованием метода корреляции цифровых изображений показал, что в каждый момент времени пластическая деформация локализована в определенных зонах на образце. Выявлено, что эволюция распределений деформационных полей на поверхности муфтового соединения коррелирует со стадиями на деформационной кривой.
Установлено, что значение податливости исследуемого муфтового соединения арматурных стержней класса А500СП, изготовленного из бесшовной горячедеформированной трубы с наружным диаметром 51 мм и внутренним диаметром до 32 мм из стали марки Ст20, при действии растягивающей продольной силы вызывает появление напряжения в нормальном сечении арматурного стержня σ02 = 500 МПа.
Электронно-микроскопические исследования арматурной стали позволили установить, что при деформации растяжением при ɛ = 0–5 % наблюдается разрушение перлита, которое сопровождается дальнейшей поляризацией дислокационной структуры. Амплитуда внутренних напряжений полей увеличивается, и при деформации ɛ = 5 % дальнодействующие напряжения σд становятся больше, чем напряжения, вызванные «лесом» дислокаций σл. Показано, что основной вклад в величину дальнодействующих напряжений и её изменение при ɛ = 5 % вносит упругая составляющая, что способствует процессу образования микротрещин.

1. РД ЭО 0657-2006. Положение по применению механических соединений арматуры для железобетонных конструкций зданий и сооружений атомных станций.

2. Марущак П.О., Панин С.В., Студент А.З., Овечкин Б.Б. Масштабные уровни деформации и разрушения теплостойких сталей / под ред. В.Ф. Пичугина. Томск : Изд-во ТПУ, 2013. 236 с.

3. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. Москва : Наука, 1983. 280 с.

4. Разумовский И.А. Развитие оптических методов механики деформируемого тела (обзор) // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2008. Т. 74. № 10. С. 45–54.

5. Третьякова Т.В. Особенности использования программного обеспечения VIC-3D, реализующего метод корреляции цифровых изображений, в приложении к исследованию полей неупругих деформаций // Вычислительная механика сплошных сред. 2014. Т. 7. № 2. С. 162–171.

6. Третьякова Т.В., Третьяков М.П., Вильдеман В.Э. Оценка точности измерений с использованием видеосистемы анализа полей перемещений и деформаций // Вестник ПГТУ. Механика. Пермь : Перм. ГТУ. 2011. № 2. С. 92–100.

7. Ustinov A., Kopanitsa D., Potekaev A., Klopotov A. Distribution of local deformations on the near-surface layers and scale effects of low alloy steel specimens // AIP Conference Proceedings. 2015. V. 1683. 020233.

8. Kopanitsa D.G., Ustinov A.M., Potekaev A.I., Klopotov А.А., Kopanitsa G.D. Macro-carriers of Plastic Deformation of Steel Surface Layers Detected by Digital Image Correlation // Advanced Materials in Technology and Construction (AMTC-2015) AIP Conf. Proc. 1698, 030014-1–030014-8.

9. Иванова B.C. Синергетика. Прочность и разрушение металлических материалов. Москва : Наука, 1992. 159 c.

10. Козлов Э.В., Попова Н.А., Игнатенко Л.Н., Теплякова Л.А. Субструктурные и карбидные превращения при пластической деформации в отпущенной хромоникелевой мартенситной стали // Известия вузов. Физика. 1992. № 12. С.25–32.

11. Козлов Э.В., Попова Н.А., Игнатенко Л.Н., Теплякова Л.А., Клопотов А.А. Закономерности субструктурно-фазовых превращений при пластической деформации мартенситной стали // Известия вузов. Физика. 1994. № 4. С. 52–60.

12. Козлов Э.В., Попова Н.А., Игнатенко Л.Н., Теплякова Л.А., Клопотов А.А., Конева Н.А. Влияние типа субструктуры на перераспределение углерода в стали мартенситного класса в ходе пластической деформации // Известия вузов. Физика. 2002. № 3. С. 72–86.