|
|
|
Главная --> Справочник терминов Вязкоупругого материала В данной главе приведен обзор общих представлений различных теорий разрушения, не имеющих явной связи с характерными свойствами молекулярных цепей, их конфигурационной и надмолекулярной организацией, тепловой и механической перестройкой. Это относится к классическим критериям ослабления материала и общим механическим моделям сплошных сред. Теории кинетических процессов разрушения учитывают вязкоупругое поведение полимерного материала, но вывод критериев разрушения не связан с подробным морфологическим анализом. Эти основополагающие теории тем не менее неоценимы для объяснения статистических неморфологических сторон процесса разрушения или его характеристики с точки зрения механики сплошных сред. — дефекты проявляют вязкоупругое поведение и обладают распределением по размерам, нагрузка на нить) вязкоупругое поведение материала можно считать линейным. Видно также, что с помощью серии скоростных квазистатических испытаний можно получить исходные Релаксация напряжений. Упругое восстановление. Максимумы на кривых зависимости напряжения от времени (вязкоупругое поведение) Ураганен ие 11 CY) l>i(7). 1> : (V) Максимумы на кривых зависимости напряжения от времени Вязкоупругое поведение Уравнение 1] (?) 4>i(v>, iMv) Максимумы на кривых, зависимости напряжения от времени Вязкоупругое поведение Вполне логично предположить, что линейное вязкоупругое поведение можно описать (по крайней мере, качественно), если представить, что среда имеет двойственную природу и обладает свойствами ньютоновской вязкой жидкости и твердого упругого тела Гука. Эта идея может быть выражена с помощью простой механической модели, изображенной на рис. 6.5. Если, например, в макс-велловском элементе происходит релаксация напряжений ("у = О при t < 0, v = YO ПРИ t > 0), то их зависимость от времени имеет вид (см. Задачу 6.1): Выше были рассмотрены упругие полимерные материалы. Однако для решения ряда задач требуются оптически-чувствительные материалы, обладающие вязкоупругостью. Естественно, что вязкоупругое поведение наиболее характерно для переходной зоны из стеклообразного состояния в высокоэластическое. Принцип суперпозиции Больцмана применим для всех полимеров, структура которых не зависит от приложенных сил и ие меняется во времени. Ои позволяет описывать линейное вязкоупругое поведение системой дифференциальных уравнений вида: La = Z)e, где L и D — линейные дифференциальные операторы по времени. Это выражение эквивалентно описанию вязко-упругого поведения с помощью моделей, состоящих из упругих пружин с различными модулями EI и вязких элементов с вязкостями r\t (рис. IX. 2) . Пружинам приписываются механические свойства идеальной упругости — закон Гуна, а вязким элементам — свойства идеально вязкой жидкости — закон Ньютона. Значительно лучшим, хотя также качественным приближением, дающим представление о молекулярном механизме, ответственном за вязкоупругое поведение линейных аморфных высоко-полимеров, является четырехкомпонентная механическая модель Алфрея (рис. 1.5), состоящая из последовательно соединенных моделей Максвелла и Кельвина — Фойгта. В этом разделе приводятся реологические уравнения [164], характеризующие упругое и вязкоупругое поведение полимерных материалов. где EJ — мгновенный модуль упругости вязкоупругого материала /-го стержня, ф — произвольная функция времени, Rj(t) — ядро релаксации материала /-го стержня. Принимаем интегральные члены в (3.176) малыми, тогда функции могут быть представлены как ф (t) = ty(t)e~WRt, где ty(t) — медленно меняющаяся функция времени, сон — действительная константа. Далее, применяя процедуру замораживания, заменим соотношения (3.176) приближенными вида В качестве ядра релаксации вязкоупругого материала примем трехпараметрическое ядро R (t) = Ае-^'{1~а, обладающее слабой сингулярностью. Изменение толщины кожуха выявляет слабую зависимость коэффициентов демпфирования от данного параметра, с увеличением толщины кожуха до определенного значения определяющие коэффициенты демпфирования возрастают, а затем изменяются незначительно, уменьшаясь с дальнейшим утолщением кожуха. Этот факт свидетельствует о том, что на демпфирующие характеристики структурно-неоднородной системы основное влияние оказывает не количество вязкоупругого материала, а наличие в системе близких собственных частот. Чтобы добиться максимального демпфирования колебаний, необходимо таким образом подобрать жесткость кожуха, чтобы его основные частоты были близки тем собственным частотам стержня 7, которые требуется задемпфировать. Скорость затухания свободных колебаний можно увеличить за счет выбора стеклопластиков с оптимальным значением модуля EZ, который зависит, в частности, от схемы армирования, вида наполнителя, степени наполнения, материала стекло-пластикового кожуха, а также путем выбора оптимального кожуха. сетки (2) и вязкоупругого материала (3), состав которого см. на рис.72 Stress relaxation for specim en sED-20 + MTHPA(l), polyisocyanurate net work (2) and viscoelastic material (3) the composition of which is indicated in Fig.72 Обратим внимание еще раз на механическое поведение полиизоциану-етной сетки с линейными кремнийорганическими фрагментами с п = 6,2. ри таких размерах линейных цепей начальное напряжение о0, примерно (впадает с а0 для вязкоупругого материала (7,5 МПа), но механическое пове-;нис коренным образом отличается от него: напряжение быстро рслаксирует \ небольшую величину в начальный момент времени, но затем спад напря-гния практически прекращается, т.е. материал ведет себя как упругий стек-юбразный полимер*. Для анализа характера механического поведения полученных материа-в определяли кривые релаксации напряжения для микроОбразцов, выре-1ных из исходного макрообразца в различных точках градиента (рис.82), котором для сравнения приведена также кривая релаксации напряжения я вязкоупругого материала - эпоксидной смолы ЭД-20. отвержденной ан-тридом полисебациновой кислоты в присутствии азелаиновой кислоты, для горой Tg находится вблизи комнатной температуры, т.е. для того же мате- Из этого рисунка видно, что в то время как относительное напряжение ля обычного вязкоупругого материала быстро релаксирует практически до уля, для полученных в работах (19, 129] сетчатых полимеров наблюдается олее медленный спад напряжения, характерный для полимерных стекол или езин с последующим переходом к очень малой скорости релаксации напряжения. Рассмотрим поведения вязкоупругого материала при одномерной сдвиговой деформации. Напряжение при этом выражается уравнением При получении термомеханической кривой полимеров часто пользуются методом пенетрации, т. е. осуществляют вдавливание пуансона (часто со сферическим наконечником) под действием постоянной силы в плоский образец. В случае вдавливания жесткой сферы в полупространство из вязкоупругого материала, согласно [14], выполняется соотношение Реакция вязкоупругого материала на внешнее воздействие решающим образом зависит от соотношения между временными масштабами эксперимента и релаксации как свойства вещества. В зависимости от этого соотношения наблюдаемое поведение исследуемого образца кажется совершенно различным. Но в действительности — это лишь многообразные проявления комплекса вязкоупругих свойств материала. Поэтому необходимым фактором оказывается введение в экспериментальную схему временного параметра. При испытаниях на ползучесть или релаксацию это достигается измерением деформаций или напряжений, изменяющихся во времени. При динамических испытаниях пластмасс, которым посвящена настоящая часть книги, осуществляется периодическое нагружение образца, и роль временного фактора играет частота колебаний. Если материал обладает заметными потерями, то собственные -частоты оказываются несколько «ными, нежели рассчитанные классическими методами теории упругости. Так, для вязкоупругого материала с постоянной динамической вязкостью выражения для Е' и tg6, уточненные с учетом внутренних (дисеипативных) потерь, принимают вид [1]:  Виниловых полимеров Вириальный коэффициент Вискозиметра оствальда Включается электродвигатель Влажности материала Выделяется углекислота Внутренняя структура Внутренней поверхности Внутреннего напряжения |
- |
Навигация