ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Статистическая природа прочности полимерных материалов из "Структура и прочность полимеров Издание третье" Для выяснения как общих, так и специфических законов разрушения полимеров необходимо определить основные характеристики прочности и методы ее оценки. [c.11] Когда испытывают типичные хрупкие материалы, такие, как жесткие эластомеры типа эбонита или фенолоформальдегидной смолы с высокой степенью поперечного сшивания (рис. 1.1), то обычно не возникает сомнения, какая точка кривой напряжение — деформация характеризует прочность материала. Иное положение, когда кривые имеют вид [31, с. 250], подобный кривой 3 на рис. 1.1 или кривым, показанным на рис. 1.2. С точки зрения оценки технологических свойств, а также с точки зрения использования материала в качестве конструкционного его прочность удобнее характеризовать не точкой Б, а точкой А. Из рис. 1.2 видно, что с увеличением скорости деформации различие между характеристиками прочности в точках А я Б уменьшается и даже исчезает. Такой же эффект проявляется при понижении температуры. [c.11] Поэтому в дальнейшем мы будем пользоваться более правильным выражением — разрушающее напряжение. Разрушающее напряжение может определяться при различных видах деформации при растяжении, сжатии, изгибе и т. п. [c.12] Разрушающее напряжение зависит не только от свойств полимера, но также от температуры и времени действия деформирующей силы (от скорости деформации). Следовательно, при сравнении прочности разных полимеров по значениям Ор необходимо определять эту величину при одних и тех же значениях температуры и скорости деформации с учетом физического и фазового состояний. [c.12] Поскольку изменением силы в пределах бесконечно малой площади можно пренебречь, напряжение определяют как силу, отнесенную к бесконечно малому элементу площади, на которой находится данная точка. Однако через каждую точку можно провести бесконечное множество различно ориентированных сечений. Поэтому при данном способе нагружения компоненты напряжения будут зависеть от ориентации выбранного сечения. Поскольку сила и нормаль к элементарной площадке являются векторными величинами, напряжение в данной точке тела характеризуется векторной функцией от векторного аргумента. Каждому вектору-нормали к выбранному сечению соответствует определенное напряжение. При известных допущениях такая векторная функция однозначно характеризуется шестью скалярными коэффициентами. Она называется тензором напряжения [1, с. 519 3, с. 39 19—20). Изучение сложных напряженных состояний в терминах тензорного исчисления имеет большое значение при аналитическом описании этих состояний. [c.13] Из шести компонентов тензора напряжений три величины представляют собой нормальные, а три — касательные напряжения. Всегда можно выбрать систему координат, в которой для трех взаимно перпендикулярных элементов площади касательные напряжения будут равны нулю. Направления, соответствующие направлению осей такой систем координат, называются главными. Нормальные напряжения, действующие на главных площадках (перпендикулярных главным направлениям), также называются главными. [c.13] При определении напряжения можно относить силу к площади сечения образца до деформации, получая при этом условное напряжение. Можно также относить силу к фактическому значению площади сечения в каждый момент деформации и определять истинное напряжение. Поскольку при деформации полимеров уменьшение поперечного сечения иногда связано не с уменьшением числа структурных элементов в сечении, а лишь с изменением формы цепных молекул, преимущество определения истинного напряжения не является безусловным. В дальнейшем, за исключением специально оговоренных случаев, рассматривается линейная деформация и определяется условное напряжение, при котором сила относится к начальному сечению образца. [c.13] Важной характеристикой прочности является максимальная деформация, развивающаяся к моменту разрыва. Эту величину называют максимальной относительной деформацией (относительная деформация при разрыве) бр. Значение е , как и значение сГр, зависит от температуры, вида деформации (растяжение, сжатие, изгиб) и скорости деформирования.. [c.13] Задаваясь постоянным значением а (или е), можно определить время воздействия деформирующей силы, необходимое для разрушения образца. Прочность при испытании в режиме, характеризуемом условием а = onst, оценивается долговечностью, т. е. временем Тр, прошедшим от начала действия деформирующей силы до разделения образца на части. Иногда величину Тр называют статической усталостью. Долговечность определяют обычно при практически мгновенном наложении деформирующего напряжения, значение которого вплоть до разрушения образца сохраняется постоянным. Долговечность зависит не только от свойств материала, но и от температуры и приложенного деформирующего напряжения. [c.14] Может показаться, что Ор, вр и Тр всегда соответствуют двум принципиально различным режимам испытания. Значения Ор и бр определяются при непрерывном увеличении деформации, причем скорость увеличения линейных размеров образца задается обычно скоростью перемещения зажимов испытательной машины. В отличие от этого величина Тр определяется при постоянном значении деформирующего напряжения. Однако результаты, полученные при этих испытаниях, можно сравнить между собой [37, с. 66 38, с. 1249J при условии, что структура материала при используемых методах существенно не изменяется. В самом деле, можно принять, что при изменении напряжений от О до огр разрыв происходит под действием некоторого усредненного значения за время Тр, соответствующее разрушению при постоянном напряжении. [c.14] Если разрушение происходит в результате циклического нагружения при сравнительно небольшом числе циклов до разрушения [39, с. 949], то зависимость Ig Тр — f (Ор) является линейной, что позволяет производить оценку прочности при таком режиме, сравнивая результаты этой оценки с результатами, полученными при режимах, описанных выше. Причина расхождения результатов статических и динамических испытаний при большом числе циклов заключается в преобладающем значении в последнем случае химических процессов [40, с. 284 41, с. 1025— 1027 42, с. 997], которые активируются за счет работы деформации. [c.14] Эта величина вычисляется графически по кривой напряжение— относительная деформация. Она численно равна площади, ограниченной кривой о (е), осью деформаций и ординатой в точке Ор. [c.14] Работа, затрачиваемая на разрушение при ударе и отнесенная к единице поверхности разрушения, называется ударной вязкостью, хотя, разумеется, эта величина вовсе не является вязкостью. [c.15] Перечисленные методы оценки прочности стандартизованы в СССР и других странах. Прочность нитей (волокон) оценивается специфическими методами. Она может характеризоваться абсолютной прочностью, т. е. наибольшей нагрузкой, которую выдерживает волокно или нить перед разрывом, удельной прочностью, т. е. прочностью, отнесенной к единице, характеризующей тонину нити или волокна (к площади поперечного сечения, номеру нити, тексу). [c.15] Удельная прочность может выражаться разрывной длиной прочностью, отнесенной к весовой единице, характеризующей толщину (эта прочность называется относительной прочностью)-, разрывным напряжением. [c.15] Скорость нарастания нагрузки должна быть меньше возможной скорости регистрации нагрузки. Жесткость измерительного устройства должна быть, по крайней мере, на порядок выше жесткости испытуемых материалов. [c.15] Была предпринята попытка использовать метод приведенных переменных [45, с. 495 46, с. 99] для определения прочности при заданной температуре приведения и различных скоростях деформации. Характеристики прочности являются функциями скорости деформации и температуры. Если, например, повышение температуры от до Т вызывает уменьшение всех времен релаксации [45, с. 495] в % раз, то, согласно Ферри, количество энергии, вызывающее разрушение, должно накапливаться за эквивалентное время Чат t — время разрушения при стандартной температуре Tj) при скорости деформирования Var. Значение Vut определяется временем до разрушения. Отсюда следует, что данные по разрушающему напряжению могут быть приведены к одной стандартной температуре, если построить зависимость произведения OpTJT от Var. Такая зависимость была получена Смитом [46, с. 99] для вулканизата бутадиен-стирольного каучука при стандартной температуре приведения = 263° К (рис. 1.3). Отклонение, наблюдаемое при низких температурах, Ферри связывает с возникновением температурного градиента при наступлении вынужденноэластической деформации [45, с. 496]. Метод приведенных переменных, по-видимому, применим не только в области высокоэластического состояния, но распространяется также на область стеклообразного состояния. [c.16] При рассмотрении прочности необходимо ознакомиться также с характеристиками, определяемыми при динамических режимах испытания. Это — усталостная прочность и сопротивление утомлению [40, с. 271 ]. [c.16] Александров и С. Н. Журков [99] предложили статистическую теорию прочности хрупких тел. Согласно развитым ими представлениям разрыв происходит не только одновременно по всей поверхности разрушения, но и постепенно. Разрыв начинается с самого опасного очага разрушения, где напряжение достигает значения, сравнимого с величиной теоретической прочности. Затем происходит разрушение в других дефектных местах. Рост трещин заканчивается разрушением материала. [c.17] Вернуться к основной статье