ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Общие положения. Экспериментальные результаты из "Физико-химическая стойкость полимерных металлов в условиях эксплуатации " На долговечность жестких полимерных материалов влияет характер приложения нагрузки. Анализируя имеющиеся в литературе экспериментальные результаты по усталостным испытаниям и разрушению жестких полимерных материалов при циклических нагрузках на воздухе, можно отметить следующее. Долговечность при циклическом нагружении (усталостная прочность) обычно меньше, чем при статическом. При знакопеременных нагрузках долговечность меньше, чем при одностороннем циклическом нагружении. С увеличением частоты циклов долговечность уменьшается. Эти экспериментальные результаты объясняют в основном релаксационными процессами [1—3, 4], местным разогревом [2, 3, 5], остаточными микронапряжениями, создающимися в микрообъеме разрушения при каждом цикле нагружения [6]. [c.176] Существует много режимов нагружения, применяемых при испытании на усталость. Наиболее распространенная классификация таких режимов приведена в работе Диллона [7, с. 15]. Согласно этой классификации методы испытаний на усталость делятся на четыре класса по следующим параметрам амплитуде динамической деформации амплитуде динамических напряжений средней статической деформации среднему статическому напряжению. [c.176] Класс испытания определяется постоянством любых двух параметров, в то время как два других параметра изменяются в ходе опыта. Наибольшее распространение получили испытания при симметричном цикле в режиме постоянных максимальных деформаций и в режиме постоянных нагрузок. [c.176] Усталостные свойства полимерного материала характеризуются чаще всего числом циклов до разрушения (полный разрыв, растрескивание) или по снижению какой-либо характеристики, например прочности при растяжении, после определенного времени циклического нагружения. [c.176] Образованию дефектов и трещин предшествует утомление полимерного материала при переменном нагружении. Утомление может быть обусловлено механохимическими процессами в значительно большей степени, чем при статическом нагружении. Происходящие в результате утомления структурные изменения накапливаются во всем объеме материала. В качестве примера таких изменений можно привести снижение модуля упругости или статической прочности и относительного удлинения при разрыве в результате циклических испытаний. Известны факты химического перерождения материала на поверхности образующихся усталостных трещин. [c.177] Рассмотренные выше особенности процессов усталостного разрушения значительно усложняют характер воздействия жидкой внешней среды на полимер по сравнению со статическим нагружением. [c.177] Жидкая среда, контактируя с образцом в процессе усталостных испытаний при циклическом нагружении, может изменять и ослаблять саморазогрев материала, изменять характер и кинетику релаксационных процессов в субмикро- и микротрещинах, препятствовать частичному смыканию и залечиванию микротрещин и т. п. Сложность явления обусловливает определенную противоречивость имеющихся в литературе немногочисленных экспериментальных данных и их теоретическую трактовку по исследованию усталостного разрушения жестких полимерных материалов в контакте с жидкими агрессивными средами. В некоторых случаях усталостная прочность полимеров в контакте с жидкостью выше, чем на воздухе в других — контакт с жидкостью значительно снижает долговечность при циклическом нагружении. [c.177] Ратнер и Бараш [9] объясняют увеличение усталостной прочности при кручении консольно нагруженных образцов различных марок полимера в бензине, спирте, воде по сравнению с воздухом улучшением теплоотвода и охлаждением образца за счет испарения летучих веществ с его поверхности. [c.177] Воздействие трансформаторного масла и глицерина уменьшает усталостную прочность по сравнению с воздухом. Однако для всех жидкостей усталостная прочность образцов была меньше статической прочности при растяжении. [c.177] Коэффициент сопротивления усталости К в уравнении (Tyv = = КОст (где Стл/ — усталостная прочность при заданном числе циклов N = 10 , — прочность при растяжении) имел значения для полиамида-68 от 36 до 72%, для поликапроамида от 21 до 28%. [c.177] Характеристика усталостной прочности при N = onst по одному параметру не дает достаточной информации о влиянии жидкой среды на механизм и кинетику процесса разрушения, поскольку экспериментальные кривые зависимости g N — а, полученные при испытаниях в разных средах, могут пересекаться. [c.178] Для выяснения этого вопроса Маниным и Косаревым проведены экспериментальные исследования, результаты которых обсуждаются ниже [10]. [c.178] Плоские образцы испытывали по схеме двухстороннего изгиба при постоянной растягивающей нагрузке цилиндрические образцы — по схеме чистого изгиба при кручении. [c.178] Рассмотрим результаты эксперимента. Вид напряженного состояния, значение напряжения, а также частота циклов нагружения значительно влияют на кинетику разрушения образцов в жидкостях (рис. V. 1). [c.178] Очевидно, при испытании тонких плоских образцов на двухсторонний изгиб при частоте 300 цикл/мин саморазогрев образцов незначителен и долговечность во всех жидкостях меньше, чем на воздухе. Исключение наблюдается для воды и дибутилфталата при а 50 МПа. В этих случаях возможен небольшой тепловой эффект (см. рис. V.1, й). [c.178] Значительно большее влияние на долговечность образцов оказывают тепловые эффекты при нагружении достаточно толстых цилиндрических образцов с частотой 6000 цикл/мин (см. рис. V. 1, б). В результате теплоотвода и полной инертности воды по отношению к ПВХ долговечность образцов в воде выше, чем на воздухе. [c.178] Графическое изображение зависимостей Ig N—а представляет собой известную кривую Велера, которая для многих материалов, и особенно металлов, характеризуется наличием предельного или безопасного значения напряжения, ниже которого образцы практически не разрушаются при бесконечно большом числе циклов. [c.179] При анализе известных литературных данных и наших многочисленных экспериментов по циклическим испытаниям жестких полимерных материалов в жидкостях нам не удалось получить пока экспериментального подтверждения наличия безопасного напряжения для рассматриваемого случая. Все кривые Ig N—o в исследованных интервалах о имеют наклон к вертикальной оси. [c.179] Для практических целей бывает удобно представить зависимости N (а) или т (0), где т = Ы/ш — долговечность, в двойных логарифмических координатах. В этом случае можно пользоваться простой степенной зависимостью т = Вст Р с постоянными В и р, характерными для каждого интервала изменения о. [c.179] Интересно то обстоятельство, что хотя образец во всем интервале ст при большей частоте нагружения выдерживает большее число циклов до разрушения, временная долговечность снижается с увеличением частоты нагружения (рис. V.4). Этого следовало ожидать, поскольку суммарное количество воздействуюш,ей на образец механической энергии в единицу времени при большей частоте нагружения больше. [c.181] Вернуться к основной статье