химический каталог




Энциклопедия полимеров. Том 3 (Полиоксадиазолы-Я)

Автор главный редактор В.А.КАБАНОВ

ность); предельная деформация при

разрыве ер. При динамич. (циклическом) нагружении характеристики П.— усталостная прочность — амплитудное значение напряжения, при

к-ром разрушение наступает после_ заданного числа

циклов, и выносливость — число циклов нагружения до разрушения при заданном амплитудном напряжении (см. Утомление). Значение характеристик П.

зависит от вида напряженного состояния (растяжение,

сдвиг, изгиб и др.), скорости нагружения и других

факторов. Различают кратковременную и длительную П. Кратковременная П.— значение ар, определенное при одноосном растяжении на разрывных машинах при заданной скорости нагружения или скорости деформации (последняя обычно порядка 1 —10% в сек). Длительная П.— напряжение, вызывающее раз„рушение образца после заданной'длительности действия нагрузки, обычно от 102 сек до 1 года (при практич. испытаниях); ее определяют при напряжениях, малых по сравнению с кратковременной П. При теоретич. рассмотрении наиболее важная' характеристика П.— временная зависимость а=/(т), отражающая кинетич. характер разрушения.

Теоретической П. Отеор наз- напряжение, при к-ром происходит одновременный разрыв химич. связей между всеми атомами, расположенными по обе стороны от поверхности разрушения, при О К. Значение °"теор — максимально возможная П. твердого тела; оно может служить характеристикой идеальной структуры, напр. идеального монокристалла с вытянутыми цепями, если его растягивать в направлении оси цепей, цри темп-рах, близких к О К, или малых временах' нагружения (ударных нагрузках). Чем выше темп-ра или больше длительность нагружения, тем меньше максимальное напряжение, при к-ром может разрушаться твердое тело с идеальной структурой, поскольку тепловые колебания приводят к возникновению структурных дефектов, снижающих П. Реальные материалы разрушаются при значительно более низких напряжениях (тГ наз. техническая П. отехн), чем охеор, т. к. имеют неоднородную структуру с локальными напряжениями, возникшими в процессе образования структуры, а также микротрещины и др. дефекты. В этих местах при относительно небольших внешних нагрузках могут возникать концентрации напряжения, достигающие прочности химич. связей.

. Значения о"теор м-б. рассчитаны для простых видов напряженного состояния (напр., одноосного растяжения или сдвига) различными способами. Для неориентированных твердых полимеров ахеор=2— 3 Гн/м2 (200—300 кгс/мм2), для ориентированных — примерно в 10 раз больше. Точные расчеты атеор сделаны пока только для предельно ориентированных полимеров (см. табл. 2 в ст. Прочность химических волокон). Насколько высоки резервы П. ориентированных полимеров видно из того, что наибольшее значение отехн) достигнутое при ориентационной вытяжке капроновых волокон, не превышает 1,5 Гн/м2 (150 кгс/мм2). Самым высоким значением отех„=3,6 Гн/м2 (360 кгс/см2) характеризуются образцы игольчатых монокристаллов полимети-леноксида вдоль оси ориентации. В таблице приведены характерные значения П. нек-рых полимерных материалов.

Различные концепции прочности полимеров

Основные задачи теории П.— создание методов расчета прочностных характеристик для полимеров в различных физич. состояниях при изменении режимов нагружения и условий эксплуатации (темп-ра, ионизи* В расчете на начальное поперечное сечение образца значения, кратковременной прочности меньше приведенных в 3— 6 раз| длительной —в 1,2—1,5 раза.

( .

рукиЦее излучение, агрессивная среда и др.), разработка способов создания высокопрочных полимерных структур и др. Различают механический, термодинамический и кинетический подходы к созданию теории П.

Механическая концепция. В основе механич, концепции лежит определение условий разрушения или появления пластич. деформаций для различных напряженных состояний по значениям характеристик П., полученным для простых видов напряженного состояния. Напряженное состояние в пек-рой точке тела характеризуется тензором напряжений, состоящим в общем случае из шести независимых компонент. Если известны значения всех компонент тензора, можно рассчитать нормальные и касательные напряжения, действующие на любую плоскую площадку, проходящую через рассматриваемую точку. Разрушение происходит при различных комбинациях значений компонент тензора напряжений; каждая из этих комбинаций определяет предельное (критическое) состояние материала. Критерием П. является функция, описывающая все предельные состояния при различных видах напряженного состояния; геометрически критерий П. представляют в виде поверхности предельных состояний в пространстве напряжений (предельных поверхностей). Существует несколько теорий предельных состояний, определяющих форму предельных поверхностей,— теории максимального нормального напряжения, максимального удлинения, предельного значения упругой энергии деформирования и др.

Основная особенность механики разрушения полимерных тел — резко выраженная зависимость положения и формы предельных поверхностей от темп-ры и скорости деформирования. Количественный учет этих зависимостей — главная задача механич. подхода к созданию теории П. полимеров. Возможны различные решения этой задачи. Для стеклообразных и кристаллич. полимеров влияние темп-ры и скорости деформирования на разрушение обусловлено в основном высоко эластичностью вынужденной. Для этих полимеров необходима разработка моделей, позволяющих получить обобщенный критерий П., совмещающий в одном аналитич. выражении условия хрупкого разрушения и вынужденной высокоэластичности.

Примером может служить т. наз. двойственная модель, в к-рой хрупкие и «пластические» свойства описываются двумя параллельными реологич. элементами. Площадь поперечного сечения S образца представляют в виде суммы 5хр (для хрупкого элемента) и 5В (для «вязкого» элемента). Соотношение между элементами характеризуется параметром q—SBIS, значение к-рого можно определить при двух видах напряженного состояния (напр., одноосном растяжении и простом сдвиге). Предельные состояния материала определяются условиями, согласно к-рым две составляющие внутренней энергии, соответствующие хрупкому разрушению и вынужденной высокоэластичности, достигают критич. значений; сумма этих составляющих — константа материала.

Для эластомеров влияние темп-ры и скорости деформирования на П. при растяжении м. б. количественно описано с помощью обобщенных эмпирич. *закономер-ностей типа «огибающей разрывов». Огибающая разрывов — предельная кривая, к-рую получают'из зависимостей rjp от скорости деформирования, определенных экспериментально при различных темп-рах. Такая кривая м. б. использована для описания разрушения в режимах релаксации напряжений и ползучести (рис. 1).

Рис. 1. Зависимости напряжение — деформация (удлинение) для различных скоростей растяжения и темп-р (стрелкой показано- направление понижения темп-ры или увеличения скорости деформирования). Огибающая кривая (жирная линия) соединяет точки, характеризующие прочность и разрывное удлинение. Пунктирными линиями показано изменение напряжения и удлинения в режимах релаксации напряжения (вертикаль) и ползучести (горизонталь).

Механич. концепция, являясь основой практич. расчета П. конструкций и деталей машин, не позволяет установить связь между физич. состоянием и структурой полимерных тел, с одной стороны, и прочностными свойствами — с другой, что особенно важно при создании новых полимерных материалов.

Термодинамическая концепция. Согласно термодина-мич. подходу, разрушение наступает при достижении критического (предельного) значения энергии, запасенной в твердом теле при деформировании. Из первого начала термодинамики следует, что изменение запасенной упругой энергии б И7 напряженного образца в процессе роста трещины частично расходуется на увеличение свободной поверхностной энергии dE, частично необратимо рассеивается (механич. потери) и учитывается в конечном счете теплотой 8Q:

6W = dE + 8Q (1>

При разрушении твердых тел возможны след. виды механич. потерь: 1) деформационные потери, обусловленные внутренним трением при обратимых и пластич. деформациях, предшествующих разрушению; они особенно велики в вершинах микротрещин, на границах дефектов и в др. местах перенапряжений; 2) динамич. потери, обусловленные переходом части упругой энергии деформирования в кинетич. энергию движения стенок растущей трещины и разлетающихся осколков; 3) потери вследствие рассеяния упругой энергии межатомных связей при их разрыве. Этот вид потерь обусловлен тем, что разрыву химич. связи предшествует квазистатич. процесс ее растяжения, при к-ром значение квазиупругой силы межатомной связи постепенно увеличивается, достигая максимального (разрывного) значения. При разрыве связи атомы, вышедшие на образовавшуюся поверхность, рассеивают избыточную энергию в виде неравновесных тепловых колебаний (фоно-нов). Третий вид потерь локализован у вершин микротрещин на границе перехода от свободной поверхности к сплошной среде (т. наз. поверхностные потери; первые два вида потерь происходят в объеме материала).

Для полимеров главными являются деформационные потери, обусловленные различными релаксационными процессами, напр. сегментальной подвижностью, подвижностью элементов надмолекулярной структуры и др. (см. Релаксационные явления). При хрупком разруше

нии деформационные потери связаны лишь с упругими деформациями, поскольку вынужденные высокоэластич. деформации отсутствуют (см. Хрупкость).

При разрушении хрупких металлов и стекол механич. потери малы, и при интерпретации экспериментальных данных широко используют теорию прочности А. Гриффита, не учитывающую 8Q. Согласно этой теории, упругая энергия деформирования концентрируется вблизи микротрещин и целиком расходуется на образование новой поверхности при росте трещины. Прочность м. б. определена по ф-ле:

о0^(Ц.у* (2)

где Е — модуль Юнга; а — свободная поверхностная энергия; I — длина поперечной трещины, ответственной за разрушение образца; х — коэфф. порядка единицы для различных видов напряженного состояния.

В полимерах механич. потери очень существенны. Так, в резинах и плас

страница 62
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340

Скачать книгу "Энциклопедия полимеров. Том 3 (Полиоксадиазолы-Я)" (21.36Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
штропсы для бега купить в перми
Туалетные столики для гостиной Бежевый купить
сантехника миллион мелочей
курсы секретаря в рязани

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(06.12.2016)