Opis metody opracowywania i prezentacji wyników badań

Wyniki badań pomiaru odkształcenia realizowanego metodą tensometryczną opracowywano w pracy na dwa sposoby. Pierwszy ujmował zależność wielkości odkształcenia całkowitego próbki wraz z jej składową sprężystą oraz trwałą wynikającą z pełzania materiału w funkcji czasu (rys.8.4). Natomiast drugi sposób, w zależności od tego, który z parametrów

jest zmienny (naprężenie czy temperatura), reprezentuje zależność wielkości

naprężenia/temperatury w funkcji odkształcenia całkowitego próbki (rys. 8.5 i 8.6). Obie metody mają na celu kompleksowe ukazanie wpływu wielkości oraz prędkości zmiany

104 parametru naprężenia lub temperatury na odpowiedź reologiczną materiału, a także są niezbędne do opracowania i prezentacji wyników (dla podrozdziału 9.3) z pełzania w zmiennych warunkach temperatury i naprężenia, tak jak to pokazuje przykład na rys. 8.7. W pracy, zostaną zatem przedstawione wykresy ukazujące zależność wielkości odkształcenia pełzania w funkcji czasu (zgodnie z zasadą ukazaną na rys. 8.7), natomiast zostaną one opracowane na podstawie niżej opisanych zależności dotyczących rys. 8.4 – 8.6.

Schemat prezentacji wyników ukazany na rys. 8.4 uwzględnia wartości odkształcenia

całkowitego Ɛc, zmierzonego za pomocą tensometru oporowego (krzywa niebieska), a także

wyliczone wartości odkształcenia sprężystego Ɛs (krzywa zielona) i pełzania Ɛp (krzywa

czerwona). Wartość odkształcenia całkowitego jest sumą odkształcenia sprężystego i odkształcenia pełzania zgodnie z równaniem (8.9):

𝜀_𝑐 = 𝜀_𝑠+ 𝜀_𝑝 (8.9)

Z kolei wartość odkształcenia sprężystego (Ɛs) określa zależność (8.10):

𝜀_𝑠 = ^𝜎

𝐸 ^(8.10)

Wykorzystując powyższe zależności (8.9 i 8.10), wartość trwałego odkształcenia pochodzenia

reologicznego (Ɛp), została wyznaczona zgodnie z równaniem (8.11):

𝜀_𝑝 = 𝜀_𝑐−^𝜎

𝐸 ^(8.11)

Rys. 8.4. Zależność odkształcenia w funkcji czasu. Test pełzania drutu (bez OC), realizowany w temperaturze 20°C i pod obciążeniem 1000N, natomiast po 1h została zainicjowana jego

redukcja do 925N z prędkością skokową

Przedstawione na rys. 8.4 charakterystyki pozwalają ukazać m.in. odpowiedź reologiczną materiału na zmianę czynnika naprężenia lub temperatury. Materiał może odpowiedzieć zmniejszeniem lub zwiększeniem intensywności pełzania, a także zjawiskiem nawrotu, czy czasowym ustaniem aktywności reologicznej. Dodatkowo wykres pozwala przeanalizować

105 długość czasu w jakim występują zjawiska nawrotu, czy nieaktywności reologicznej i późniejszej ich weryfikacji w celu udowodnienia tezy niniejszej pracy.

Aby właściwie wyznaczyć wartości Ɛs i Ɛp, niezbędna jest znajomość modułu Young’a

(E). W literaturze dla stopów AlMgSi ogólnie przyjmuje się wartości modułu E na poziomie od 68 do 79 GPa [129]. W celu poprawności prowadzenia testów pełzania, każdorazowo, eksperymentalnie wyznaczano wartość modułu odkształcalności liniowej. Pomimo tego, iż jego wartość przyjmuje się za stałą dla danego materiału, testy wykazały niewielkie różnice w ich wartości, lecz mieszczących się w zakresie ukazanym w literaturze. Różnice w module sprężystości wzdłużnej badanych drutów, mogą wynikać m.in. ze sposobu obciążania i sztywności układu.

Sposób prezentacji wyników badań, przedstawiony na rys. 8.5, posłużył m.in. do wyznaczenia modułu Young’a (odcinek AB), ale również pozwala przeanalizować historię reologiczną materiału. Na szczególną uwagę zasługuje analiza zmian długości próbki w trakcie spadku lub wzrostu obciążenia/temperatury, w czasie którego może wystąpić jednoczesne pełzanie materiału.

Rys. 8.5. Zależność naprężenia w funkcji odkształcenia całkowitego. Przykład uwzględniający spadek naprężenia

Przechodząc zatem do analizy przykładowych wyników z testów pełzania przedstawionych na rys. 8.5, można wyodrębnić cztery charakterystyczne etapy, składające się na historię reologiczną tego materiału. Pierwszy etap (odcinek AB) dotyczy obciążenia próbki, w której teoretycznie nie zachodzi proces pełzania, natomiast odkształcenie całkowite równe jest

odkształceniu sprężystemu Ɛs1. Następnie próbka zostaje wytrzymana pod stałym obciążeniem

(odcinek BC), gdzie następuje proces pełzania o wartość Ɛp1. W efekcie, odkształcenie

całkowite po drugim etapie Ɛc1 równe jest sumie Ɛs1 i Ɛp1. Etap pierwszy i drugi w pracy

określany jest jako „pełzanie pierwotne”. Natomiast, każda kolejna zmiana naprężenia bądź temperatury powodować będzie wejście materiału w zakres „pełzania wtórnego” i budować będzie jego historię reologiczną. Trzeci etap widoczny na rys. 8.5, związany jest ze zmianą naprężenia badanej próbki i w tym przypadku jest to odciążenie reprezentowane przez odcinek CD. W zależności od prędkości, a także wielkości gradientu naprężenia, spadek może ujawnić odmienną aktywność reologiczną materiału. Jeżeli krzywa odciążania pokrywałaby się z odcinkiem CD’, znaczyło by to, że podczas odciążania proces pełzania nie zachodzi, a zatem materiał nie odkształci się trwale, jedynie dojdzie do oddania części odkształcenia sprężystego

D E A Ɛp1 Ɛp1 Ɛ_p1 Ɛp2 Ɛp2 ƐS2 Ɛ_p3 0 5 10 15 20 25 30 35 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 σ [MP a] ε [‰] C B D’ Ɛ_S1 Ɛ_c3 Ɛc1 σ1

106

oraz zachowania Ɛp1 nabytego podczas pełzania pierwotnego. Natomiast, jeżeli punkt D’ byłby

przesunięty na osi odciętych, w stronę mniejszych wartości odkształcenia, wystąpiło by zjawisko nawrotu. W omawianym przykładzie punkt D znajduje się na prawo (w zakresie większych odkształceń) od punktu D’, zatem podczas procesu odciążania doszło jednocześnie

do pełzania materiału o wartość Ɛp2. W celu wyznaczenia odkształcenia całkowitego w punkcie

D, czyli pod obciążeniem chwilowym (σ1 - Δσ(t)), można posłużyć się zależnością (8.12),

w której odkształcenie całkowite pod obciążeniem σ1, pomniejszone jest o część sprężystą

wynikającą ze zmiany obciążenia ∆𝜎(𝑡) 𝐸⁄ i powiększone o skumulowane odkształcenie

pełzania ∫^𝜎1−∆𝜎(𝑡)𝑑𝜀_𝑝

𝜎₁ powstałe w trakcie zmiany obciążenia z poziomu σ1 do wartości

chwilowej (𝜎₁− ∆𝜎(𝑡)).

𝜀_𝑐(𝜎₁− ∆𝜎, 𝑡) = 𝜀_𝑐(𝜎₁) −^{∆𝜎(𝑡)}_𝐸 + ∫ 𝑑𝜀_𝑝

𝜎₁−∆𝜎(𝑡)

𝜎1

(8.12)

W kolejnym etapie (odcinek DE), doszło do zatrzymania obciążenia na stałym poziomie, po czym nastąpiło dalsze pełzanie.

Zarówno testy prowadzone z ujemnym jak i dodatnim gradientem naprężenia, zostaną przeanalizowane w ten sam sposób. Natomiast analizę przypadków dotyczących zmiany temperatury można przeprowadzić analogicznie do powyższego przykładu z tą tylko różnicą, że układ musiałby być zamieniony na układ temperatura w funkcji odkształcenia całkowitego (przykład, rys.8.6).

Rys. 8.6. Zależność temperatury w funkcji odkształcenia całkowitego. Przykład uwzględniający spadek temperatury

Analizując wyniki przedstawione w układzie jak na rys. 8.6, w łatwy sposób można wywnioskować z jakim typem odkształcenia (nawrót, pełzanie, brak jakiegokolwiek reakcji materiału w postaci odkształcenia) wiąże się dana zmiana temperatury.

Powyższa analogia metody analizy wyników badań z testów pełzania ze zmiennym parametrem naprężenia σ lub temperatury T, realizowanych metodą tensometryczną, możliwa jest jeżeli przyjmie się pewne założenia, tj.: prędkość zmiany parametru σ realizowana jest

T, [ °C] Ɛ, [‰] B rak e fe kt ó w w pos taci Ɛ^p PEŁZANIE NAWRÓT T2 T₁

107 w sposób liniowy oraz wartość modułu Young’a E dla danej próbki jest stała w całym okresie trwania testu.

Powyższe metody opracowywania oraz analizy wyników badań przyczyniły się do wyznaczenia wartości odkształcenia pełzania. W rozdziale poświęconym wynikom badań z procesu pełzania realizowanego w zmiennych warunkach temperatury i naprężenia (podrozdział 9.3), zastosowano sposób prezentacji tych wyników jak na rys. 8.7. Ukazuje on zależność odkształcenia pełzania w funkcji czasu, jednak z uwagi na długoczasowy charakter badań wykres ten przedstawiony jest w układzie podwójnie logarytmicznym. Dodatkowo, z prawej strony przyłożono oś reprezentującą zmianę siły/temperatury (w zależności od rodzaju prowadzonego testu) w czasie, aby łatwo można było zdiagnozować okresy, w których rozpoczyna się oraz kończy zadana zmiana parametru temperatury lub naprężenia.

Rys. 8.7. Przykład sposobu prezentacji wyników z pełzania realizowanego ze zmianą obciążenia. Test pełzania drutów bez OC realizowany w temperaturze 20°C i pod obciążeniem 1000N, natomiast po 1h została zainicjowana jego redukcja do 925N

z prędkością skokową