Механические свойства материалов. Многоцикловые характеристики, приборы и методы определения характеристик усталости

Удлинение при постоянной нагрузке или наоборот, напряжение при определённой нагрузке. Такие характеристики определяют в том случаен, если материал при переработке подвергается определённым воздействиям. Тогда для контроля технологического режима определяется данная характеристика. 2. Относительная податливость

Механические свойства материалов. Полуцикловые неразрывные характеристики деформации растяжения.

где , - напряжения, которые возникают в образце при деформации на 10%, 5%.

Если С=0, то материал прочный, жёсткий, мало удлиняется;если С>0, то материал легко растягивается (шерсть, шёлк);если С<0, то материал в процессе растяжения способен упрочняться (капрон).

3. Модуль продольной упругости:

. Профессор Соловьёв А.Н. читает, что величина Е больше характеризует жёсткость материала, а не его упругие свойства. Если два материала являются абсолютно упругими при одном и том же напряжении, но один имеет удлинение , другой (пари постоянном напряжении), .

, , .

В теории упругости отношение называется жёсткостью, и физический смысл следующий:

,

где L – удлинение образца; Lo – зажимная длина.Если L=Lo, то

если удлинение образца равно его первоначальной длине, то модуль продольной упругости равен напряжению, которое возникает в образце.

Для этого в текстильных материалах определяют начальный модуль упругости при удлинении 1%, т.е. когда это удлинение является упругой величиной.

Полуцикловые характеристики получают 2 способами: 1. К образцу прикладывают нагрузку, которая быстро увеличивается и быстро приводит образец к разрушению. Метод получил наиболее широкое распространение. 2. К образцу прикладывают постоянную нагрузку или напряжение, образец разрушается в течении длительного времени. Используется в специальных исследовательских работах.

12 Механические свойства материалов. Одноцикловые характеристики, приборы и методыопределения. Одноцикловые характеристики хорошо отражают особенности деформации текстильных материалов. Получение этих характеристик связано с длительными испытаниями, что позволяет выявить влияние на деформацию текстильного материала фактора времени, играющего большую роль при деформировании полимерных материалов. Полная деформация полимерных материалов слагается из упругой, эластической и пластической деформаций. Первые две являются обратимыми, пластическая же – необратима. Упругая деформация возникает потому, что под действием внешней силы происходят небольшие изменения средних расстояний между соседними звеньями и атомами макромолекул, при этом межмолекулярные и межатомные связи сохраняются, а валентные углы немного увеличиваются. Упругая деформация связана с увеличением объема деформируемого тела. Эластическая деформация возникает вследствие того, что под действием внешней силы происходит изменение конфигураций макромолекул, составляющих волокна. Пластическая деформация возникает вследствие того, что под действием внешней силы происходят необратимые смещения звеньев макромолекул на довольно большие расстояния. Она развивается еще медленнее, так как макромолекулам приходится преодолевать значительные макромолекулярные связи. Для изучения одноцикловых характеристик используются приборы, так называемые релаксометры и экстензометры, которые можно разделить на следующие группы: 1Стойки представляют собой рамки, имеющие вверху зажимы для закрепления образцов, к другому концу которых подвешиваются грузы. Стойки снабжаются линейками для отсчета длины образца. 2Рычажные и весовые приборы. К ним относятся стрелочные релаксометры для волокон и нитей, представляющие собой видоизмененные стойки. Нижний конец волокна закрепляется в зажиме, помещенном на стрелке. Стрелка своим весом нагружает образец, при необходимости стрелку дополнительно нагружают нагрузкой. Конец стрелки отмечает по шкале де формацию.

3 Балочные приборы (экстензометры). Верхний зажим подвешивается на балочку (посередине), опирающуюся на двух призмах-опорах. Нижний зажим укрепляется на вертикальном стержне, который может перемещаться вниз на требуемую величину. На этой же балочки установлен индикатор, который с большой точностью фиксирует ничтожно малый прогиб балочки, по которому легко подсчитывается усилие, испытываемое образцом. Балочки делаются сменными, что позволяет осуществлять разные нагрузки. 4 Барабанные приборы (релаксометры) применяются для испытания волокон и нитей. Прибор для испытания нитей РМ-5, прибор марки «РОВ», предназначенный для испытания волокон шерсти, прибор для испытания волокон типа «РВК».

Прибор для волокон имеет блок, на который с одной стороны подвешивается верхний зажим для волокна. (Нижний зажим расположен под ним неподвижно), а с другой – съемный груз. На барабане имеется стрелка, с сзади барабана – неподвижная шкала. При удлинении нити барабан поворачивается и отмечает на шкале удлинение.

В процессах переработки и эксплуатации волокон и нити часто подвергаются многократным деформациям. При многократных растяжениях в волокнах и нитях происходят сложные изменения структуры, а вследствие их изменения механических свойств материала. Структура у большинства волокон и нитей по мере многократного растяжения меняется в три фазы. В первой фазе, проходящей обычно во время первых десятков и сотен циклов растяжений, в основном идут смещения тех структурных элементов, которые мало взаимодействуют с окружающими элементами. В результате структурные элементы располагаются более ориентировано вдоль продольной оси, лучше взаимодействуют друг с другом за счет межмолекулярных связей, сил трения и т.д. Затем процесс замедляется и структура стабилизируется.В большинстве случаев прочность образцов при этом возрастает, а разрывное удлинение снижается. Вторая фаза. В этой фазе существенных ухудшений структуры образца не происходит. Материал выдерживает очень большое число растяжений, определяемое десятками и сотнями тысяч циклов. Развитие структурных дефектов и накопление необратимых деформаций идет также медленными темпами. Лишь после очень большого числа циклов накапливается некоторая необратимая деформация и начинается 3-я фаза. Третья фаза. Сравнительно быстро идет процесс ухудшения, расшатывания структуры. В местах, где структура нити имеет дефекты, начинается быстрое накопление пластических деформаций, т.к. здесь происходят необратимые смещения волокон и молекул и даже разрывы молекул. Об этом говорит снижение вязкости раствора полимеров, составляющих волокна. Такое деление на три фазы характерно только для волокон и нитей, которые имеют хорошую структуру.Для оценки поведения образцов текстильных материалов при многократных деформациях используются следующие характеристики. Выносливость n_р – число циклов растяжения, которое выдерживает материал до своего разрушения. Долговечность t_р – время, выдерживаемое образцом до разрушения. Остаточная циклическая деформация e_о.ц. – величина деформации, накопившейся за некоторое число циклов и не исчезающей в процессе непрерывного приложения этих циклов. Кривая нарастания остаточной деформации:Предел выносливости e_в. Для этого необходимо рассмотреть зависимость между заданной циклической деформацией и выносливостью. Выносливость увеличивается по мере уменьшения величины заданной циклической деформации.. Для нитей хорошей структуры (х/б пряжа, шелк-сырец, синтетические комплексные нити). Пределом выносливости e_в – называется наибольшая заданная циклическая деформация, при которой образец выдерживает, не разрушаясь, очень большое число циклов (сотню тысяч и более). Испытания целесообразно вести при заданной циклической деформации, немного превышающей предел выносливости.

Различают приборы: 1) сохраняющие в каждом цикле постоянство амплитуды абсо­лютной заданной циклической деформации; 2) сохраняющие в каждом цикле постоянство амплитуды относительной заданной циклической деформации; 3) сохраняющие в каждом цикле по­стоянство амплитуды заданной циклической нагрузки (механичес­кого давления).

Приборы первого и второго типов, сравнительно простые по конструкции и обслуживанию, получили наибольшее распростра­нение. К приборам первого типа относят: УП-1, ротаци­онный пульсатор и ПКМ1. На ротационном пульсаторе проба в виде трубки На приборе ПКМ-1 проба получает многократное растяжение путем возвратно-поступательного движения верхнего зажима от эксцентрика, связанного со штоком, который под действием противовеса перемещается вниз и выбирает остаточную циклическую деформацию. К приборам второго типа относится прибор М. И. Павловой и А.И.Исаева. Проба материала закрепляется в зажи­мах. При работе прибора путем вращения эксцентрика проба по­лучает многократное растяжение. Под действием противовеса вы­бирается остаточная циклическая деформация, которая регистри­руется самописцем.К приборам третьего типа относят различные пульсаторы. При­боры этого типа считаются удобными для исследований, однако они имеют довольно сложную конструкцию, что затрудняет их Широкое изготовление и применение.Разработан ряд приборов, предназначенных для двухосного и многоосного многоциклового растяжения текстильных материа­лов. К числу таких приборов принадлежат прибор мембранного ГИпа, пульсатор МРД-1 приборы ERDT-2, РРД-5

Дата добавления: 2015-05-09