Вязкоупругость и время

Помимо разделов, традиционно входящих в аналогичные курсы, в книгу включены разделы, учитывающие современные требования к подготовке инженера. В частности, представлены главы по теории оболочек, а также гибких пластин и оболочек, существенно расширена глава по теории пластичности и добавлены главы по вязкоупругости и механике трещин. Эти вопросы в последнее время стали особенно актуальными. [c.3]

Линейная теория вязкоупругости и термовязкоупругости как одна из моделей механики сплошной среды возникла давно, однако большое значение она приобрела в последнее время, главным образом в связи с созданием разнообразных полимерных материалов и пластмасс и их применением в различных областях народного хозяйства. Широкое развитие получили различные теоретические и экспериментальные исследования в области вязкоупругости, в том числе линейная и нелинейная теории деформирования вязкоупругих материалов. [c.3]

Дадим другое решение задачи о распространении сферической волны, когда ядро вязкоупругого оператора имеет вид (2.62) и время изменения параметров за фронтом сферической волны значительно меньше наименьшего времени релаксации ть [c.75]

Вначале исследуем случай, когда ядра вязкоупругих операторов зависят от конечного числа дискретных времен релаксации и время протекания волновых процессов намного меньше наименьшего времени релаксации ть [c.90]

Вначале будем рассматривать вязкоупругую среду, ядра которой имеют вид типа (2.62) при постоянном коэффициенте Пуассона, что не существенно, и время изменения импульса за фронтом волны меньше наименьшего времени релаксации. [c.138]

Эксплуатационные нагрузки, действующие на элементы конструкций из полимерных материалов, нередко претерпевают изменения. Отсюда возникает необходимость в разработке методов расчета деформационных и прочностных свойств полимеров при переменных напряжениях. В настоящее время достаточно полно рассмотрены возможности описания механического поведения полимеров в условиях изменяющихся нагрузок при одноосном напряженном состоянии с помощью линейной теории вязкоупругости и различных вариантов нелинейной теории вязкоупругости [71, 138]. Наибольший практический интерес представляют случаи нагружения при сложном напряженном состоянии. Однако сведений о ползучести полимеров при сложном напряженном состоянии и переменных напряжениях, а также о методах теоретического описания опытных данных в научно-технической литературе крайне мало. [c.146]

В последнее время ситуация резко изменилась. Начиная с 1950 г. широкое применение нашли многие новые материалы, поведение которых уже нельзя описать классическими линейными теориями. Термовязкоупругость зарядов твердотопливных двигателей, закритическое поведение гибких конструкций, использование сильно деформируемых надувных конструкций, нелинейное поведение полимеров и синтетических материалов — вот лишь несколько новых областей исследования, стимулировавших интерес к нелинейной механике твердого тела. Сейчас уже сформулирована теория упругости в общем виде, предложены новые нелинейные теории вязкоупругости и термовязкоупругости и выработаны основные, ставшие уже общепризнанными, принципы получения уравнений состояния нелинейных материалов. Девизом современных изысканий в области нелинейного поведения материалов [c.9]

В то же время модуль сдвига, определенный для Земли в целом по кратковременным воздействиям (землетрясения, приливы и перемещения масс в атмосфере и др.) составляет около 15-10 ° H м- . Таким образом, земной шар является вязкоупругим телом с периодом релаксации т 10 с. [c.1180]

Если в начальный момент Од = Еео, то при t- - оо сг 0. Как видно, схема стандартного тела качественно правильно отражает все основные стороны процесса развития деформации ползучести, релаксации и последействия (обратной ползучести). Однако количественно это соотношение далеко не всегда дает правильные результаты. Это соотношение сыграло важную роль в стадии становления теории вязкоупругости. Отправляясь от соотношения (3.60), в настоящее время вместо экспоненты под знак интеграла вводят более сложную функцию и уравнения ползучести записывают в виде [c.78]

Заметим, что вершина трещины, начиная свое дви>кение, проходит расстояние, равное начальному размеру концевой зоны (ввиду малости которой, этим периодом пренебрегают). В дальнейшем неустойчивые трещины медленно подрастают до критического размера (когда начинается спонтанное развитие). В связи с этим выделим две последовательные фазы разрушения. Вначале элемент сплошной среды переходит в некоторое промежуточное состояние (концевая зона), а затем трещина, попадая в концевую зону, производит окончательное разрушение элемента. Детали этого процесса таковы, что па начальном этапе трещина двигается по уже сформированной концевой зоне (предполагается, что к моменту i = 0 в теле уже существует трещина h с концевой областью do), и поэтому берега разреза уже имеют дополнительное раскрытие за время инкубационного периода. На последующем основном этапе развития трещины такой ситуации уже нет. Трещина разрывает сплошной материал, формируя перед этим концевую область. Раскрытие берегов разреза в концевой области начинается с момента попадания вершины в соответствующую точку вязкоупругой среды (обозначим этот момент через t ). Тогда уравнение медленного роста трещины на этом этапе получим, полагая, что в любой момент выполняется условие (39.3) [c.317]

При ЭТОМ учтено, что свойства бетона описываются моделью вязкоупругого стареющего т ла при г 3 сут. Время о и другие параметры задачи фиксированы и равны = сут = 0,25 [c.84]

Постановка задачи. Пусть возводится армированная колонна заданных объема V и высоты I из вязкоупругого материала, обладающего свойствами ползучести в старения. Поперечные сечения колонны являются подобными фигурами и отличаются лишь размером. Спустя время о после возведения колонны, на нее ставится нагрузка весом Р . Скорость возведения, равная объему, возводимому за единицу времени, есть некоторый неотрицательный случайный процесс V (1). Каждой траектории скорости V соответствует величина и , равная перемещению верхнего сечения колонны за время с момента окончания возведения до бесконечности. Требуется найти такой профиль колонны, при котором среднее [значение (математическое ожидание) перемещения верхнего сечения Мио минимально. Здесь М — знак математического ожидания. [c.164]

Уравнения (125) показывают, что при малом затухании эффективные комплексные характеристики можно получить прямо из аналитических или численных упругих решений. Очевидно, что, если берется приближенное упругое решение, то ошибка в вещественной части F вязкоупругих свойств идентична погрешностям упругого решения, в то время как относительная ошибка тангенса угла потерь может быть больше, так как в его выражение входят производные от упругих решений. Кроме того, численное упругое решение можно использовать даже в том случае, когда тангенсы углов потери составных частей композита не являются малыми. Однако если в рядах Тейлора необходимо сохранить члены второго и более высоких порядков, то результирующее уравнение для эффективных комплексных характеристик окажется гораздо сложнее, а дифференцирование численного решения введет новые погрешности это устанавли- [c.152]

Распространение нестационарных волн в вязкоупругой композиционной среде в настоящее время мало исследовано. То-шер [114] использовал метод Фурье (разложение решения по основным гармоникам) для получения скорости распространения и затухания импульсов напряжений в стержнях из композиционных материалов тканного типа на основе фенольной смолы. Теоретические результаты, основанные на применении эффективных комплексных модулей, найденных из опытов на вынужденные колебания, хо рошо согласуются с экспериментальными данными. [c.182]

Рис, 20. Сравнение рассчитанного и наблюдаемого поведения бетона с вкраплениями песка и асфальта, подвергающегося неравномерному деформированию. Кружками отмечены точки, вычисленные по нелинейной теории вязкоупругости, штриховая кривая показывает результаты расчета по линейной теории, а сплошная кривая соответствует экспериментальным результатам. Напряжение а (t) указано в фунт/дюйм-, время i в минутах, 8° = 0,0680, =0,0775 мин, 2 = 0,2625 мин. По данным работы [119]. [c.190]

Разумное объяснение, лежащее в основании создания композитов, заключается в объединении нескольких твердых тел в гетерогенную структуру с тем, чтобы их физические свойства могли дополнять друг друга, причем физические свойства составляющих фаз могут различаться очень сильно. Типичным примером являются высокомодульные, упругие, хрупкие волокна в качестве упрочняющего материала, в то время как связующая матрица эластична и вязкоупруга. В этом случае идеализированный анализ редко ведет к реалистическому компромиссу для всех составляющих фаз. [c.207]

После описания некоторых временных свойств составляюш их материалов самое время исследовать временные свойства и самих композитов. В отличие от некоторых механических свойств волокнистых композитов, которые могут быть определены по правилу смесей , определение длительной прочности вообще гораздо сложнее. В особенности это проявляется, если рассматривать хрупкие волокна, которые в окружении вязкоупругой матрицы обладают различными значениями прочности. Такая комбинация волокно — матрица может привести к замедленному разрушению композита под напряжением, даже если он однонаправленный и нагрузка прикладывается в направлении волокна. [c.285]

В настоящее время, по-видимому, нет другой теории, связывающей длительную прочность композиционных материалов, изготовленных из хрупких волокон и вязкоупругой матрицы, с вязко-упругими свойствами материала матрицы. Были предложены еще две теории (будут обсуждены позднее в настоящем разделе) для оценки длительной прочности волокнистых композитов, но они [c.294]

Оптические и механические свойства такого неполностью полимеризованного материала изучались на образце в виде круглого диска, сжатого сосредоточенными силами вдоль диаметра. ДиСк был изготовлен из пластины материала, отлитой по описанной методике. Внутри пластины помещали сетку из резиновых нитей для того, чтобы получить одновременно с картиной изохром и деформации. Модель выдерживали 4 час при постоянной нагрузке. За это время материал деформировался упруго и вязкоупруго, становясь все более жестким. Были сделаны фотографии картинг изохром и сетки до деформации и в разные моменты времени после-нагружения и после разгрузки модели. Графики изменения порядков полос интерференции вдоль горизонтального диаметра диска, приведенные на фиг. 5.37, показывают, что картина полос меняется со временем, но в диске всегда сохраняется упругое распределение напряжений, что играет важную роль. Три кривые на фиг. 5.37 построены по фотографиям, снимавшимся сразу после нагружения, через 4 час после него (непосредственно перед снятием нагрузки) и через 16 и 64 час после разгрузки. Так как картины, полученные через 16 и 64 час после разгрузки, оказались одинаковыми, можно сделать вывод, что картина, полученная через 16 час, остается в модели постоянно. [c.175]

Фиг. 5.39. Фиксация деформаций и двойного лучепреломления в эпоксидной смоле, иллюстрируемая па модели в виде резиновой трубки с гипсом. а — начальное (время t ) состояние при незатвердевшем гипсе Е , о , = Р/А -Ор 0 P/E Aj.-, Mi = Rj.1, б — изменение удлинения вязкоупругой резины со временем (при г,) под действием нагрузки Е (г ) > Е . (ij (/,) > (/ )

При быстром приложении к образцу некоторого вязкоупругопластического материала осевой растягивающей силы немедленно появляется мгновенно-упругая и, быть может, мгновенно-пластическая деформация. Этот мгновенный процесс нагружения представлен на рис. 1.1 линий ОА. Если далее напряжение остается в течение некоторого времени t = to постоянным, то за это время могут развиться, как вязкоупругая, так и вязкопластическая деформация, т. е. возникает ползучесть, что изображается на диаграмме горизонтальной линией АВ. Таким образом, полная деформация складывается на четырех составляющих [c.6]

Полимерные материалы являются телами, деформации которых в значительной мере зависят от времени и скорости изменения нагрузки. Следовательно, площадь контакта (см. часть II гл. 2), сближение, распределение напряжений в зоне контакта будут зависеть от временных параметров. В процессе деформации коэффициент Пуассона стремится к 0,5, поэтому предположение о несжимаемости материала допустимо при расчете фактической площади контакта. Обычно подшипниковые узлы до начала движения длительное время находятся в нагруженном состоянии. Поэтому вследствие вязкоупругой природы полимера увеличивается площадь силового контакта при постепенном уменьшении толщины пленок. При решении линейной вязкоупругой контактной задачи [I] было показано, что площадь контакта отдельной сферической неровности можно рассчитывать по формуле Герца. [c.61]

Весь дальнейший анализ будет построен для линейно-упругих материалов или материалов с ломаной диаграммой деформирования. Такое предположение приемлемо для большинства однонаправленных материалов при кратковременном нагружении. Пластичность и вязкоупругость, свойственные некоторым связующим, благодаря превалирующей роли волокон в восприятии внешней нагрузки проявляются при нормальной температуре относительно слабо (см. рис. 5—8). Для анализа композиционных материалов можна использовать теории вязкоупругости и пластичности, однако для большинства инженерных приложений это приводит к применению численных методов. В то же время но теории упругости для большинства практических задач получают приемлемые результаты. [c.74]

Совместный учет вязкоупругих и пластических деформаций вызывает дополнительные трудности. Угажем один из способов преодоления этих трудностей [23]. Квазистатический процесс нагружения разбивается на два этапа, происходящих в обобщенном времени т этап нагружения системы по заданной истории и этап ползучести во времени после остановки процесса нагружения. Считают, что на первом этапе ползучесть проявиться не успевает, и за параметр прослеживания процесса принимают параметр внешней нагрузки х=р. На втором этапе за параметр прослеживания процесса принимают время t. Если ползучесть материала ограниченная, то правомерна постановка задачи устойчивости на неограниченном интервале времени. Соответствующий предел устойчивости называют также длительной критической нагрузкой. Если материал обладает неограниченной ползучестью, то постановка задачи об устойчивости на неограниченном иггтервале времени не имеет смысла и всякий процесс выпучивания является неустойчивым. Критическое значение времени определяют при этом из условия [c.497]

Но несмотря на большое число статей, посвяш,енных экспериментальному определению параметров реологических моделей, содержаш их дробные производные двух различных порядков, число решенных инженерных задач с такими моделями весьма невелико. Как отмечается в [8], это связано с тем, что инженеры, даже работаюш,ие в самых передовых индустриях, не знакомы с такой формулировкой динамических задач вязкоупругости, и, следовательно, она не включена в компьютерные коды для конечноэлементных вычислений. Хотя в настояш ее время уравнения, содержащие дробные показатели, можно решать напрямую, используя программные комплексы Mathemati a или Jeandel S ientifi . Заметим, что впервые аналитический метод решения такого рода уравнений, появляющихся в динамических задачах наследственной вязкоупругости на основе различных моделей с дробными производными, был предложен в работах [25-27] и впоследствии развит в [c.697]

Существующие в настоящее время теории вязкоупругости и прочности не з итывают особенности стрзтстуры и физического состояния полимеров, поэтому большую практическую ценность представляют экспериментальные характеристики деформирования и разрушения полимеров в различных температурно-временных условиях нагружения. [c.28]

Механика деформируемого твердого тела в пастоягцее время должна рассматриваться как единая наука, объединяюгцая ряд научных дисциплин, которые по сложившейся исторически традиции излагаются и изучаются в соответствии со следуюгцей схемой теория напряжений п деформаций сплошных тел, основные физические законы сохранения, термодинамика сплошных сред, теория упругости, теория пластичности, теория вязкоупругости и паследствеппой упругости, теория ползучести п механика разрушения твердых тел. [c.20]

Бурное развитие современной техники неизбежно выдвигает перед механикой деформируемого тела новые, все более сложные задачи. Традиционные материалы ставятся в чрезвычайно сложные условия высоких температур и давлений, внедряются новые материалы — различные высокожаропрочные сплавы, композиционные материалы, высокопрочные и высокомодульные волокна. Это привело к необходимости, наряду с моделью упругого тела, рассматривать другие модели деформируемого тела, широко применять в инженерных расчетах уже давно сложившиеся методы теории пластичности, ползучести, вязкоупругости, статистические и вероятностные методы при переменных напря- жениях и т. д. За последнее время определилось новое направление механики твердых тел, которое получило название механики разрушения. Развитие этого направления будет опираться на перечисленные теории деформируемого тела, причем они приобретают новое, более широкое значение. Это относится и к теории упругости. В этой связи академик Ю. Н. Работнов в одной из своих статей заметил Теория упругости нашла в наши дни новую область приложения в физике кристаллов, в теории разрушения теория упругости в известном смысле переживает второе рождение и истинная ценность ее только теперь раскрылась в полной мере . [c.6]

Пусть внешняя нагрузка представима в виде pfix, у), где р — параметр нагружеппя, имеющий размерность напряжения, fix, у) — некоторая функция координат. Тогда для вязкоупругих тел первого тниа решепне уравнения (39.8) существует только для параметров р, больших некоторого предела р (безопасная нагрузка). Другими словами, при р<Ро величина 6(x = lo,t) не достигает 6к даже за сколь угодно большое время и, следовательно, трещина не растет. [c.315]

Теория ползучести — одно из направлений механийй дефор- мируемого твердого тела, которое сложилось за последнее время. Она занимает свое место рядом с такими разделами механики, как теория упругости и теория пластичности. Ползучесть влияет на прочность и устойчивость конструкций и деталей машин. Поэтому расчет соору кений на прочность с учетом свойств ползучести материала приобретает первостепенное значение для современной техники. Однако теория ползучести является не только основой для создания методов расчета элементов конструкций и деталей машин, работающих в сложных эксплуатационных уело- -ВИЯХ. Теория ползучести, обладая своеобразным полем зрения , служит для понимания того, как выбрать тот или Иной материал для данной конструкции, в каких условиях его нужно испытывать, какие требования необходимо предъявлять к технологии возве- дения сооружений или изготовления различных элементов конструкций и деталей машин. Бот почему за последнее время вышел в свет целый ряд фундаментальных исследований и монографий, посвященных теории ползучести и теории вязкоупругости как у нас в стране [216, 302, 307, 336, 399, 415], так и За рубежом [63,261,479,556,594,611,632]. [c.7]

До недавнего времени основное содержание работ по механике композиционных материалов состояло в сведении задачи неоднородной (чаще всего изотропной) теории упругости к задаче однородной анизотропной теории. Это достигалось введением так называемых эффективных модулей, которые либо вычислялись различными методами (как стохастическими, так и детерминированными), либо определялись экспериментально как средние модули материала в целом. В данной книге этому вопросу посиящены главы 1—3. Понятно, что описание поведения композиционных материалов при помощи эффективных модулей пригодно только для решения задач об упругих композитах, Б некоторых случаях принцип Вольтерры (или, как его еще называю г, принцип соответствия) позволяет распространить теорию эффективных модулей и на линейные вязкоупругие композиты (глава 4), В настоящее время в отечественной литературе появились работы, в которых неоднородная задача теории упругости (вязкоупругости) сведена к последовательности задач анизотропной однородной моментной теории упру- [c.6]

С точки зрения вязкоупругого анализа простейшим является случай, когда время нагружения образца мало по сравнению со времене.м, за которое происходят изменения, обусловленные влиянием окружающей среды и/или старения. В этом случае для функционала отклика за короткое время нагружения можно принять определяющие уравнения нестареющего типа (10) и (И), считая состояние и возраст материала соответствующими моменту нагружения. [c.129]

Проявление нелинейного, зависящего от времени, поведения многими из композитов, армированных волокнами или частицами, в значительной степени объясняется явлением микрорастрескивания. Предложенные в настоящее время уравнения состояния позволяют учесть разрушение на микроуровне. Однако если говорить о практически применимых надежных инженерных методах оценки и анализа поведения композитов при многоосном напряженном состоянии, то предмет нелинейная вязкоупругость композитов еще находится в самой начальной стадии разработки. [c.217]

Дальнейшее обобщение линейной теории вязкоупругости состоит в переходе к нелинейным уравнениям вида (10.41) или (10.42), т. е. к соотношениям указанного вида при нелинейных операторах Р и R. Нелинейная теория вязкоупругостн позволяет получить достаточно хорошее описание ползучести бетона и полимеров при различных режимах, в том числе неизотермических. В то же время этой теорией не охватываются необратимые процессы, протекающие мгновенно (атермическая пластичность) такие явления, как было указано, характерны в первую очередь для металлов. Тела, обладающие упругостью, вязкостью и пластичностью, описываются теорией упруго-вязко-пластических сред. Реологические уравнения этой теории уже не могут быть представлены в виде (10.41) или (10.42) (даже при нелинейных операторах Р и R ) подобно тому, как соотношения между напряжениями и деформациями для упруго-пластического тела нельзя записать в виде конечных (функциональных) связей. В рамках упомянутой теории и следует искать описание поведения металлов при достаточно высоких температурах. [c.754]

Современный, основанный на методе конечных элементов подход является перспективным при исследовании динамических характеристик сложных конструкций, в которых могут возникать колебания различных форм. Многоцелевые пакеты программ NASTRAN, ANSYS и MAR [4.12] давно используются многими исследователями для решения задач о колебаниях конструкций. Обычно метод конечных элементов используется для определения резонансных частот и нормальных форм колебаний. Многие из этих пакетов программ позволяют учитывать в той или иной форме демпфирование. Однако если метод конечных элементов используется для получения количественных оценок влияния вязкоупругих материалов, имеющихся в рассматриваемой конструкции, то следует быть очень внимательным, чтобы не попасть в ловушку. Опасность здесь таят как необозримо большое время расчета на ЭВМ и высокие требования при работе с комплексными числами, характеризующими жесткости, так и чрезмерное упрощение задачи при попытке получить решаемую систему уравнений, поскольку эти уравнения будут неправильно моделировать реальную задачу. [c.187]

При описании механических свойств материалов принято различать два основных вида деформации упругую и пластическую. Упругая деформация обратима, т. е. она исчезает либо одновременно со снятием напряжения, либо постепенно во время отдыха материала после paзгpyз и (это явление называют также возвратом или обратной ползучестью). Пластическая деформация необратима, т. е. она не исчезает после снятия напряжения. Если упругая или пластическая деформация связана с напряжением вне зависимости от временных характеристик процесса нагружения, то такую деформацию называют мгновенно-упругой или соответственно мгновенно-пластической. Простейшим примером закона мгновенноупругого деформирования является линейный закон Гука. В более сложном случае, когда соотношение, связывающее деформацию с напряжением, включает в качестве дополнительного параметра физическое время, эту деформацию называют вязкоупругой или, соответственно, вязкопластической. Обе мгновенные деформации часто называют склерономными (т. е. независимыми от времени), а обе вязкие деформации — реономными (зависимыми от времени). [c.6]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...