Термины, связанные с цементом. Кратковременной прочности

Главная --> Справочник терминов

Кратковременной прочности Испытаны стеклопластиковые образцы на эпоксидно-феноль-ном связующем с наполнителем в виде ткани полотняного переплетения из стеклонити диаметром 0,1 мм. Форма образцов — цилиндрическая, диаметр 5 мм, рабочая часть (75 мм) расположена внутри калориметра. Образцы испытаны на одноосное рас-чнженпе при скорости движения активного захвата 0,6 мм/мин. Предварительно определялась усредненная (по нескольким значениям) кратковременная прочность R. Температура испытаний Т = 20 и 50 °С. Испытания проведены в режиме циклического (пилообразного) нагружепия при различном количестве циклов и уровнях пагружения. Напряжения циклов устанавливались рав-яыми 0,3; 0,5 и 0,7Д.

Важнейшей характеристикой прочностных свойств является долговечность тл (время, в течение которого нагруженный образец не разрушается), отражающая кинетический характер процесса разрушения. В инженерной практике используются понятия кратковременной и длительной прочности. Кратковременная прочность 0Р (или разрывное напряжение) обычно определяется на разрывных машинах при заданных режимах скорости нагруже-ния и скорости деформации. Характерное время до разрушения —• порядка 102 с. Длительная прочность обычно определяется при нагружении статическими или переменными нагрузками, малыми по сравнению с пределом прочности <Тр. Кратковременная и длительная прочность полимеров относятся к технической прочности, которая обычно значительно ниже так называемой теоретической прочности материала с идеальной структурой.

"^Кратковременная прочность эластомеров и резин, рассчитанная на начальное поперечное сечение образца, меньше в 3—6 раз, а длительная прочность меньше в 1,2—1,5 раза.

Разрушение стеклообразных полимеров. Стеклообразные полимеры при температуре, близкой к О К, находятся в хрупком состоянии и разрушаются по атермическому механизму. Поведение таких материалов описывается теоргей Гриффита. Кратковременная прочность зависит от модуля упругости и характе-

Кратковременная прочность нехрупких стекол характеризуется двумя показателями: пределом вынужденной эластичности ое*л и разрушающим напряжением а(>. Долговечность описывается соотношением аналогичным уравнению (5.43) при а<а(,<. Структурный коэффициент ч=Уэ$ в уравнениях (543) и (5.45)

Это уравнение справедливо при средних значениях о; при очень больших о полимер ведет себя как твердый стеклообраз-кый, и зависимость т от о подчиняется экспоненциальному закону (5.43), при очень малых о^сго т-^«з. Кратковременная прочность в режиме т = соп8^ равна

Рис. 5.43. Зависимость усталостной прочности о№ от числа циклов N (а) н динамической усталости ЛГц от амплитуды напряжений ос двух резин (ор арг—кратковременная прочность)

Кратковременная прочность определяется преимущественно механическим фактором, поскольку за время действия силы необратимые изменения структуры полимера вследствие протекания мсханохимически.х реакции минимальны. На длительную прочность существенное влияние оказывает и химический фактор.

На рис. 8.1,6 показан графо-аналитический метод прогнозирования, который основан на использовании линии хрупкости. Он также проверен на трубах из полиэтилена высокой плотности [26]. Реализация метода возможна при наличии минимум двух изотерм долговечности, которые воспроизводятся экспериментально при достаточно высоких температурах. Спрямив эти изотермы в логарифмических координатах (см. рис. 8.1,6), проводят прямую (линию хрупкости) через точки пересечения их пологих и крутопадающих участков и экстраполируют ее в область низких температур. В дальнейшем используют экспериментально установленную температурную зависимость кратковременной прочности труб—правый график на рис. 8.1,6. С помощью этого графика находят прочность, например, для 35 °С, которую переносят на начальную ординату левого графика. Из полученной точки проводят параллельно двум экспериментальным графикам участок вязкого разрушения вплоть до пересечения с линией хрупкости. Из точки пересечения в том же порядке строят хрупкую ветвь. Таково графическое решение задачи. Возможно и аналитическое, когда с помощью формул (6.103) и (6.104) определяются координаты двух точек хрупкости. Затем находится уравнение прямой, соединяющей эти точки, т. е. уравнение линии хрупкости. Далее выводится управление прямой, проходящей через заданную точку (кратковременная прочность) с известным наклоном, т. е. определяется участок вязкого разрушения. Отыскивается точка его пересечения с линией хрупкости и выводится уравнение хрупкого участка.

Важнейшей характеристикой прочностных свойств является долговечность т. (время, в течение которого нагруженный образец не разрушается), отражающая кинетический характер процесса разрушения. В инженерной практике используются понятия кратковременной и длительной прочности. Кратковременная прочность, или разрывное напряжение <гр, обычно определяется на разрывных машинах при заданных режимах скорости нагру-жения, которые соответствуют т= 1 -г-10 с. Длительная прочность обычно определяется при нагружении статистическими или переменными напряжениями, малыми по сравнению с <гр. Прочность полимеров значительно ниже теоретической прочности материала с идеальной структурой (гл. 1). Причина низкой прочности реальных материалов заключается в наличии микротрещин и других слабых мест (дефектов) структуры, вблизи которых под действием внешних или внутренних напряжений возникают локальные концентрации напряжений. Трещины в упругом твердом теле приводят к разрушению.

Орован [4.71, 4.72] и Ирвин [4.28] предложили для металлов формулу (4.32), где вместо а* стоит характеристическая энергия разрушения GK. Считалось, что в GK входит свободная поверхностная энергия и механические потери при пластическом деформировании зоны перенапряжения впереди растущей трещины. Из этого следует, что GK должна зависеть от /, так как с увеличением длины растущей трещины скорость ее роста возрастает, а следовательно, возрастают и механические потери. Это обстоятельство делает формулу (4.32) некорректной. Между тем эту формулу часто применяют для расчета характеристической энергии разрушения по измеренной кратковременной прочности [4.28, 4.71—4.74]. В качестве примера можно указать на работу Берри и Бикки [4.73], где показано, что кратковременная прочность органического стекла подчиняется линейной зависимости <тр = а—ЬТ. При расчете G,t> если считать, что >0pftM0G, получается, что GK с повышением температуры уменьшается, тогда как известно, что механические потери полимера при этом возрастают. Несоответствие объясняется тем, что механизм разрушения является термофлуктуацион-ным, а не атермическим. Линейно понижающаяся температур-

Большинство линейных и разветвленных полимеров способно кристаллизоваться. К ним относятся, например, политетрафторэтилен, полиформальдегид, полиамиды, полполефииы, поливинил-хлорид, изотактический полистирол, каучук, шерсть и др. При кристаллизации полимеров возрастают плотность, модуль упругости ?, предел кратковременной прочности ов и уменьшается величина предельной деформации ев.

Перед испытанием на ползучесть проводятся предварительные испытания материала для установления диапазона изменения напряжений. Определяется предел кратковременной прочности R и предельная деформация еп. Испытания проводят при постоянной температуре и влажности материала.

Скорость нагруженпя для всей серии испытаний принимают одинаковой. При этом время иагружепия не должно превышать 5 с. Момент полной нагрузки испытуемого образца принимается за начало отсчета ползучести t = 0. При проведении испытаний величину статических напряжений назначают в интервале ОД — 0,6 с предела кратковременной прочности с примерной градацией До = 0,1 Д. Длительность испытаний обычно устанавливают в пределах 3—5 ч.

диаграммы «напряжение — деформация ползучести 8й», полученные по данным изотермической ползучести поливинилхлорида (ПВХ) при разных, напряжениях, меняющихся в интервале 0,04—0,63 от предела кратковременной прочности при заданной температуре опыта и при временном сечении i ч. Температура опытов дискретно менялась в диапазоне 20—70°С. Нетрудно убедиться, что в исследованном интервале температур и напряжений изохролы «о — е» нелинейны, и граница напряжений, где допустимо предположение о соблюдении физической линейности, сужается по мере роста температуры.

кривую представляют в координатах Еп(?ти), a/RT, где еп(?та1С) = = e(?mal) — в0, е(?тах)—деформация, измеренная при максимально принятом в данном опыте времени наблюдения ?тах; е0 — мгновенно-упругая деформация; RT — предел кратковременной прочности при заданной температуре. Затем на графике обозначают экспериментальный доверительный интервал, из начала координат проводят касательную к усредненной кривой еп — a/RT до пересечения ее с верхним пределом экспериментального доверительного интервала и определяют ординату пересечения

Если изохронные кривые изобразить в координатах еп/0, а, предел линейности выделяется более четко. Так, по данным ползучести полиэфирной смолы ПН-3 при разных напряжениях получены изохроны для временных сечений 10 мин, 1 и 5 ч. В координатах «вязкоупругая податливость — напряжение» эти изохроны представлены на рис. 2.7. Видно, что при более низких величинах напряжений предел линейности достигается за большее время опыта. Если полагать, что температурные изменения о* и R0 (R0 — предел кратковременной прочности) подобны, то необходимым и достаточным условием температурного изменения а* будет

Перед началом испытаний определяют мгновенный модуль упругости Ет, предел кратковременной прочности RT и предель-

где о>{— статическое напряжение для температуры 7Y, -йг{ — предел кратковременной прочности при этой же температуре; OT max— предел линейности вязкоупругого деформирования при максимальной принятой в опытах температуре Гтах; RT max — предел кратковременной прочности при этой же температуре; Нття* определяют с использованием методики, описанной выше.

Рис. 2.18. Зависимость R'(t) для разных уровней напряжений от предела кратковременной прочности

2. Калориметрический метод. Применение калориметрического метода в сочетании с определением работы деформирования материала позволяет рассчитать изменение внутренней и свободной энергии в нем при разрушении, варьировании различных технологических факторов и условий нагружепия. 10. М. Молчановым и Г. А. Молчановой показано наличие корреляции между прочностью образцов и изменением внутренней и свободной энергии., фиксируемой при пробных (полуразрушаютцих) испытаниях. Следовательно, калориметрический метод может быть использован и как средство прогнозирования процессов разрушения материала, и как средство диагностики*) его прочности по результатам пробных нагружений до уровней предварительного нагружепия, составляющих 0,3—0,5 предела кратковременной прочности. В отличие от сейсмоакустического метода, являющегося интегральным средством анализа повреждепности образцов и изделий, калориметрический метод дает локальное представление о процессах разрушения, развивающихся в зоне контакта материала с датчиками. Для производства тепловых измерений разработана и освоена калориметрическая установка УКМ**), которая может быть использована для испытания образцов и натурных изделий.

На рис. 2.31, а показана зависимость внутренней энергии d9p «от R при деформировании стеклопластика вплоть до его разрушения от изменения предела кратковременной прочности образцов. Прочность образцов варьировалась за счет разной степени отверждения связующего, разной скорости деформирования, меняющейся от 0,6 до 6,7 мм/мин, и за счет предварительного утомления образцов при нагрузках 0,3 и 0,7/?. Видно, что независимо от скорости деформирования, степени отверждения связующего и предварительной циклической обработки прослеживается четкая корреляционная связь между Л и дЭ. Повышение Т до 50 °С не

Красителя составляет Красителей госхимиздат Красителей содержащих Красители представляют Красители выпускаются Красновато коричневой Кратковременной прочности Кратность циркуляции Катализаторах содержащих