ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Релаксация касательного и нормальных напряжений из "Ротационные приборы Измерение вязкости и физико-механических характеристик материалов " Простейшим тормозным приспособлением могут служить электромагнитные муфты, широко применяемые в станкостроительной промышленности. При должном запасе мощности у электромагнчт-ной муфты время торможения составляет сотые доли секунды. Учитывая большую скорость изменения напряжения сдвига в начальный период его регистрации, часто бывает необходимым пользоваться осциллографами с достаточно быстрой разверткой процесса во времени. Условие постоянства деформации выполняется только при использовании очень жестких динамометров, что предполагает применение высокочувствительных схем регистрации напряжений сдвига. Использование мягких динамометров приводит в процессе релаксации напряжения к ослаблению действующей на динамометр силы и вызывает более или менее значительный поворот связанной с ним измерительной поверхности. В этих условиях изучение релаксации напряжений не может дать надежных результатов. [c.108] При быстром торможении вращающейся измерительной поверхности в случае мягких динамометров на начальный период релаксации сильно влияет инерция связанных с динамометром деталей. [c.108] Условие линейности для вязко-упругих сред удовлетворяется в той области напряжений сдвига, где они ведут себя как ньютоновские жидкости, т. е. при малых значениях напряжений сдвига. При низких напряжениях сдвига условие линейности может удовлетворяться н для упруго-пластично-вязких материалов. Исследования при низких напряжениях сдвига предъявляют особенно высокие требования к чувствительности метода регистрации изменения напряжения. [c.109] Измерения релаксации напряжения при неизменной деформации могут быть использованы для приближенной оценки параметров, характеризующих упруго-вязкие материалы, минуя более или менее сложный. путь расчета спектра времен релаксации. В серии работ итальянских авторов [45—471, посвященных расплавам полимеров, была измерена релаксация напряжений после остановки установившегося потока. При не очень малых и не очень больших временах (после начала процесса релаксации) связь между напряжением и временем для указанных систем описывается степенной функцией, параметры которой не зависят от начального значения напряжений. В работах [45—46] допускается возможность использования одного (характеристического) времени релаксации максвелловского тела таким образом, что в энергетическом отношении (по упругой энергии в установившемся потоке) это тело эквивалентно изучаемому материалу. В последующем была сделана попытка [47] дать более общее рассмотрение этой задачи. [c.109] Большая часть известных из литературы измерений релаксации напряжений относится к вязко-упругим полимерным системам. Для систематизации результатов подобных измерений, проводимых при различных температурах, широко используется метод приведенных параметров [331. До последнего времени этот метод применялся для полимеров в твердом и высокоэластическом состояниях. Он позволил охватить огромный интервал времени релаксации (до 10 десятичных порядков). Однако недавно в работе [561 была показана высокая эффективность метода приведения с целью систематизации результатов измерений релаксации напряжений в упруго-вязких жидкостях, а именно у полимеров в текучем состоянии. Особенно важно использование в качестве параметра приведения величин их наибольшей ньютоновской вязкости, замеренной при соответствующих температурах. [c.110] Действительно, в предыдущем параграфе указывалось, что для полимеров в текущем состоянии таким образом может быть получен универсальный температурно-инвариантный спектр времен запаздывания. Так как спектры времени запаздывания и релаксации однозначно связаны между собой [5], то это значит, что в линейной области функция распределения времен релаксации для упругих жидкостей также поддается представлению в универсальной температурно-инвариантной форме. С такой целью удобнее пользоваться функцией N (s) распределения частот (величин, обратных временам релаксации). Приведение функции N (s) к универсальному температурно-инвариантному виду достигается делением ее и умножением аргумента на величину наибольшей ньютоновской вязкости [56]. Использование метода приведения и получения универсальной температурно-инвариантной зависимости = / (siIhs) чрезвычайно упрощает постановку опытов по измерению релаксации напряжения у полимеров в текучем состоянии и обработку результатов этих опытов. [c.110] При указанной скорости деформации кривая т ( ) имеет резко выраженный максимум. Деформации, при которых наблюдали релаксацию, были как меньше, так и больше деформации, отвечающей пределу сдвиговой прочности, вплоть до деформации 7 = Уу, . [c.111] На рис. 49 представлена зависимость 0(1 от времени, в течение которого производилось деформирование полимера с указанной выше скоростью. Очень интересна также зависимость от времени деформирования первой производной 0о по времени. На оси абсцисс отмечено время перехода через предел сдвиговой прочности, отвечающее максимуму на кривой х t). [c.111] Для обработки результатов измерения релаксации напряжения в упругих жидкостях при различных температурах удобно применять метод приведенных переменных. В линейной области, когда отсутствуют изменения структуры в материале под влиянием деформирования, для полимеров в текучем состоянии было показано [56], что универсальная температурно-инвариантная характеристика их релаксации получается при пользовании зависимостью т/Т(, от ИЭту зависимость удобно изображать графически в полулогарифмических координатах, так как приведенное время tl может изменяться в очень большом интервале его значений. При изучении течения упругих жидкостей с разрушенной структурой кинетика релаксации может быть приближенно описана угловыми коэффициентами кривых зависимости 1 уст от t при О или в той части этих кривых, в которой они могут быть аппроксимированы прямыми. Полученные таким образом угловые коэффициенты дают температурно-инвариантную зависимость от [56]. [c.113] В случае пластичных дисперсных систем измерение релаксации напряжения также имеет важное значение с точки зрения оценки тех структурных изменений, которые они претерпевают под влиянием деформирования. Таким образом, В. П. Павловым и Г. В. Виноградовым для пластичных смазок было показано, что интенсивное разрушение их структуры начинается при достижении предела прочности, т. е. максимума на кривых т (г ) в методе у = onst, и точки перегиба на кривых у [t), полученных при т = onst. Некоторые данные, относящиеся к этим опытам, проводившимся с солидолом (при 20° С), показаны на рис. 51. Так как для оси времени выбран логарифмический масштаб, то в тех случаях, когда можно было определить начальное значение напряжения сдвига в нулевой момент времени, оно показано отдельно в левой части графика. [c.113] Расчленение этих процессов представляет сложнейшую задачу, которая до настоящего времени не была рассмотрена ни экспериментально, ни теоретически. [c.114] Заканчивая на этом рассмотрение процесса релаксации касательного напряжения при постоянной деформации, следует отметить, что при не очень малых значениях t этот процесс релаксации для различных систем описывается функцией х = а — Ь Ig t, что соответствует полуколичественной теории А. Тобольского и X. Эй-ринга [51 ]. Часто результаты измерений релаксации касательного напряжения удается аппроксимировать степенной зависимостью т от t. [c.114] Морозова для 2,5%-ного раствора нафтената алюминия в вазелиновом масле. Этот раствор деформировали при комнатной температуре и 7 = 1,53 сек до 7 = 9,6-10 %, что довольно близко к выходу упругой жидкости на установившийся режим течения (Vi/ m = 2-10 %). Относящиеся сюда данные представлены на рис. 52. Значения Оц и Тд отвечали напряжениям, от которых начиналась релаксация. Кривая 1 дает релаксацию разности нормальных напряжений — раг, кривая 2 описывает релаксацию касательного напряжения. [c.115] Аналогичные данные для релаксации можно найти в работе 135]. [c.115] Существенный интерес представляют проведенные А. С. [c.115] Морозовым измерения релаксации нормальных напряжений после достижения различных стадий деформирования (с постоянной скоростью) упругих жидкостей, у которых кривые а (т) и т (y) имеют два максимума. [c.115] Этот вопрос можно рассмотреть на примере указанного выше раствора нафтената алюминия. Скорость деформирования была равна 6,2 сек -. Первый максимум отвечал деформации y =7-10 %, второй y = 7,6-10 %. Выход на установившийся режим течения достигался при деформации 2,5-Ю %. Кривые кинетики релаксации, полученные при различных значениях деформаций и представленные в виде зависимости lg(a/a ,) от времени, при значениях а/ао 0,1 могут быть аппроксимированы прямыми. Их угловые коэффициенты 0о, можно рассматривать как характеристические времена релаксации. Они отсчитывались в направлении отрицательных значений Ig ( t/ Tq). Оказалось, что оцениваемые этими угловыми коэффициентами характерные времени релаксации с увеличением деформаций до, примерно, 10 % увеличиваются, затем стабилизируются и только при деформациях, превышающих деформации, отвечающие второму максимуму, начинают резко уменьшаться, достигая постоянного значения на установившемся режиме течения. [c.115] Так же, как в случае касательного напряжения, релаксация нормальных напряжений, происходящая после остановки установившихся потоков, ускоряется с повышением значений, с которых начинается релаксация при постоянной деформации. [c.116] Вернуться к основной статье