Вязкоупругое поведение полимеров

Возможность такой локальной формулировки, очевидно, зависит от механизма изучаемых необратимых процессов. Если столкновения между дипольными молекулами изменяют угол в на конечную величину, то нельзя ожидать, что уравнение (3.81) останется справедливым, так как в этом случае необратимое возрастание плотности энтропии (т в) определяется числом диполей с различными значениями угла в. Но если столкновения изменяют угол в на весьма незначительную величину и суммарный эффект обусловлен кумулятивным действием большого числа столкновений, то такая локальная формулировка будет точной. Этот пример поучителен в том отношении, что он показывает ограничения локальной формулировки второго закона. (Относительно подробностей и связи с обычным толкованием необратимых процессов, например, с вязкоупругим поведением полимеров, см. работу [19].) [c.56]

ВЯЗКОУПРУГОЕ ПОВЕДЕНИЕ ПОЛИМЕРОВ 1.1 Особенности полимерных материалов [c.7]

С каждым годом расширяется круг исследователей, применяющих для решения задач вязкоупругого поведения полимеров численные методы. Это связано прежде всего с прогрессом в вычислительной технике, а также с возрастающей сложностью решаемых задач. [c.25]

В настоящее время нелинейная теория вязкоупругости находится на стадии развития. Исследователи ищут пути описания нелинейного вязкоупругого поведения полимеров. Поэтому в литературе освещено много различных подходов, рассматривающих нелинейную вязкоупругость с феноменологических, молекулярных и чисто эмпирических позиций. Остановимся кратко на первом — феноменологическом подходе. [c.33]

Полимеры в высокоэластичном состоянии способны к большим обратимым изменениям формы при небольших нагрузках, так как их макромолекулы способны изгибаться. При этом макромолекулы в целом не перемещаются, но их отдельные сегменты (боковые группы) подвижны за счет их вращения в основной цепи вокруг связей. В частности, этим объясняются малая жесткость полимеров и их вязкоупругое поведение под нагрузкой, когда притяжение между молекулами преодолевается действием приложенных сил. [c.127]

Существуют два принципа суперпозиции, которые играют важную роль в теории вязкоупругости. Первый — это принцип суперпозиции Больцмана, который описывает реакцию материала на различную предысторию нагружения [11]. Второй — принцип температурно-временной суперпозиции (уравнение ВЛФ), описывающий эквивалентность влияния времени и температуры на поведение полимеров. [c.56]

Одним из способов учета вязкоупругого поведения, чрезвычайно интересным для прогнозирования свойств твердых полимеров, является так называемый метод приведенных переменных. Этот эмпирический способ использовался, например, при изучении ползучести полиэтилена и нейлона [145] и в опытах по релаксации напряжений [2351. [c.37]

Известно [172, 185, что при изучении вязкоупругого поведения аморфных полимеров существенную услугу в установлении общих закономерностей оказал принцип температурно-временной суперпозиции, суть которого заключается в следующем. В области перехода из стеклообразного состояния в каучукоподобное вязко-упругие свойства обусловлены движением отдельных цепей и их основной характеристикой является мономерный коэффициент трения Для этой области применительно к блочному полимеру теория Рауза [2101 показывает, что температурная зависимость времен релаксации определяется в основном коэффициентом который быстро падает с уменьшением внутреннего трения, имеющего вязкостную природу. Если ввести коэффициент редукции ат, который представляет собой отношение Гх/то, где % и То — время релаксации при произвольной и некоторой реперной температуре соответственно, то при изменении температуры от Го до логарифмическая кривая Н (х) должна сместиться [c.38]

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]

При течении реализуются большие деформации. Помимо разрывов внутри- и межмолекулярных связей, обратимых и необратимых по характеру, должна происходить перестройка структуры материала. Так, например, хорошо известно, что большие растяжения вызывают ориентационные эффекты и кристаллизацию полимеров регулярного строения [24, 39, 125, 167, 168]. Экспериментальное изучение вязкоупругого поведения пластифицированного поливинилхлорида при больших деформациях [169] показало, что соответствующие одному температурно-временному фактору равновесные модули различны для процессов релаксации и ползучести, как и следовало ожидать из теории нелинейной вязкоупругости, поскольку в этом случае авторы [168] производили расчеты условных, а пе истинных напряжений. [c.64]

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]

Приведенное выше решение на основе соотношения (3.52) более подходит для описания поведения металлических систем, так как условие (3.52) разработано применительно к металлам. В случае полимеров и материалов на их основе, склонных к ползучести, в первом приближении процесс деформирования описывается соотношениями вязкоупругости. Не останавливаясь на всех возможных формах связи между напряжениями и деформациями вязкоупругих тел, приведем наиболее характерное линейное соотношение для стандартного тела [c.77]

Настоящая книга задумана ее авторами как систематическое, не перегруженное математическим аппаратом и техническими подробностями пособие для инженеров, работающих в различных областях промышленности, содержащее анализ процесса демпфирования колебаний. В монографии основное внимание уделено демпфированию в конструкциях из различных материалов, в том числе полимеров, эластомеров, стеклообразных материалов, и его влиянию на поведение колеблющейся конструкции. Оценивается влияние дискретных и поверхностных демпферов на колебания конструкций и их роль в проблеме снижения уровня колебаний. В последней главе представлены таблицы комплексных модулей ряда листовых вязкоупругих материалов в зависимости от температуры и частоты. [c.5]

Для полимеров характерна более резко выраженная температурно-временная зависимость механических свойств по сравнению с другими материалами, например металлами. Эта зависимость обусловлена вязкоупругой природой деформации полимеров. Под этим подразумевается поведение, суммирующее свойства вязкой жидкости, в которой скорость деформации пропорцио- [c.13]

Ползучесть и релаксация напряжений характеризуют поведение материала при длительных механических воздействиях и их оценка имеет большое практическое значение. Особенный интерес для специалистов по применению полимеров в условиях длительного нагружения представляет оценка их ползучести. Анализ ползучести и релаксации напряжения весьма интересны также с точки зрения теории вязкоупругости. [c.51]

Вопрос О возможности описания процессов упругого последействия с помощью тех или иных феноменологических теорий остается до настоящего времени не вполне выясненным. Однако имеются работы [7—9], где содержатся высказывания о пригодности теорий линейной вязкоупругости для описания деформационного поведения высокополимеров в этой области. Так, в статье [7] Г. Л. Слонимский, ссылаясь КЗ неопубликованные работы Петрова, говорит о пригодности теории линейной наследственности Больцмана — Вольтер-ра для деформаций полимеров до 200—250%. К аналогичным выводам приходят также авторы работ [8] и ([9]. При исследованиях высокоэластических деформаций необходимо иметь в виду следующее 1) при больших деформациях в реологические уравнения следует подставлять напряжения, подсчитанные на деформированное, а не начальное сечение 2) конечные деформации в отличие от малых могут определяться различным образом. При этом диапа- [c.135]

Особенности про явления вязкоупругих свойств полимерных материалов при наложении гидростатического давления свидетельствуют о принципиальном отличии их поведения от других конструкционных материалов. Оказалось, что традиционные гипотезы механики сплошной среды (условие несжимаемости, независимость свойств от среднего напряжения), хорошо зарекомендовавшие себя для металлов и других материалов, при применении к полимерам нуждаются в экспериментальной проверке. С этой точки зрения весьма актуальным является изучение деформируемости полимерных материалов при растяжении и сдвиге с наложением гидростатического давления. [c.166]

При длительно действующих статических или знакопеременных динамических нагрузках особенно проявляются присущие термопластичным полимерам вязкоупругость и кинетический характер разрушения. Поведение этих полимеров при длительных статических нагружениях оценивают по скорости ползучести или скорости релаксации напряжений. При этом наряду с развитием вязкоупругих деформаций в полимере протекают процессы накопления повреждений, приводящие в конечном счете к разрушению. Скорость протекания всех процессов определяет долговечность термопластичного полимера. При длительных динамических нагружениях накопление повреждений приводит к усталостному разрушению, устойчивость к которому характеризует усталостную прочность. [c.43]

Таким образом, несмотря на то, что определенная часть материала в пределах одного и того же образца обладает величинами моду. та,. характерными для переходной зоны, механическое поведение является упругим, как у стекол или резин, а не вязкоупругим, характерным для всех полимеров в переходной области. [c.291]

Поведение металлов обычно отличается от поведения неме- таллических тел. Неупругие свойства металлов (и твердых кри- сталлических неметаллических тел) определяются движением дислокаций, которое при нормальных температурах слабо зависит от значения температуры или скорости деформации. Те--лам низкой плотности, таким, как резины или полимеры, присуще вязкоупругое деформирование, сильно зависящее от температуры и скорости деформации. [c.351]

До сих пор в данном параграфе рассматривалось неупругое поведение материалов в зависимости от пластического течения, характеризуемого динамическим пределом текучести У . Это подходит для металлов, однако не является хорошей моделью для полимеров, например резины, которые лучше описываются в терминах вязкоупругости. Квазистатический удар снаряда по линейно вязкоупругому телу может быть проанализирован методами, описанными кратко в 6.5. [c.416]

Динамический модуль сдвига (Н/см ) и тангенс угла механических потерь (tg 6) определяются (ГОСТ 20812—75) для уетановления температуры стеклования, оценки стеиепи поперечного сшивания сетчатых полимеров и граництл совместимости полимеров с пластификаторами, изучения влияния кристалличности и ориентации па вязкоупругое поведение полимеров. [c.235]

Вязкоупругое поведение полимерной матрицы может оказать большое влияние на деформативность и несущую способность конструкционных композитов под действием механических нагрузок и факторов внешней среды. Ряд аспектов механического поведения полимеров, армированных волокнами или частицами, рассмотрен в одной из последних статей автора [1]. Поэтому при обращении к указанной теме еще раз автор ссылается в первую очередь на работы, появившиеся в печати уже после работы [1]. В частности, основное внимание уделено анализу роста трещин и разрушению комаозитов с учетом вязкоупругости — теме, которая не была рассмотрена в [1]. [c.180]

Общие принципы характеристики деформационно-прочностных свойств полимеров и типичные диаграммы напряжение — деформация были обсуждены в гл. 1. Оценка деформационнопрочностных свойств материала с помощью диаграмм напряжение — деформация является наиболее распространенным видом механических испытаний материалов. Этот метод очень важен с практической точки зрения и получаемые результаты привычны для инженеров. Однако связь результатов таких испытаний с реальным поведением материала в изделии не так проста, как иногда кажется. Так как вязкоупругость полимеров обусловливает высокую чувствительность их механических свойств к различным факторам, диаграммы напряжение — деформация только приближенно предсказывают поведение полимера в изделии. Обычно диаграммы напряжение — деформация или даже только их характерные точки получают для одной температуры и одной скорости деформации. Для набора информации, необходимой для инженера-конструктора, требуется проведение испытаний при нескольких температурах и скоростях деформации, что занимает много времени и связано со значительным расходом материалов. Обычно имеются данные о деформационно-прочностных свойствах при растяжении или изгибе, хотя часто необходимо знать результаты испытаний при сжатии и сдвиге, в том числе не только при одноосном, но и при двухосном нагружении. Поэтому очевидно, что, используя обычно имеющиеся данные о деформационнопрочностных свойствах полимерных материалов, инженер-конструктор должен в значительной мере полагаться на интуицию и опыт, что часто приводит к перестраховке или к ошибкам при конструировании изделий. [c.152]

Хотя теория линейной вязкоупругости не может полностью описать поведение полимеров со сложной физической структурой, в настоящее время она является единственной, теорией, способной количественно характеризовать зависимость деформационных свойств полимеров от температзфы и длительности нагружения. Эта теория подробно рассмотрена в специальной литературе [46— 50], поэтому ниже приводится только краткий анализ показателей, характеризующих деформационные свойства вязкоупругих тел при сдвиге. Аналогичные выражения могут быть записаны для растяжения-сжатия и некоторых более сложных видов нагрзгжения. Напряжение, относительную деформацию и скорость деформирования обычно обозначают при растяжении-сжатии — а, е, е при простом сдвиге — т, у, V соответственно. [c.24]

Существ ющие в настоящее время способы моделирования ползучести поляризационно-оптическим методом (метод фотоползучести) основаны на специальном подборе материалов, которые обладали бы наряду с высокой оптической чувствительностью отчетливо выраженным вязкоупругим поведением. Для решения этой задачи необ.ходимо иметь сетчатые полимеры, находящиеся при температуре испытания в области перехода из стеклообразного в высокоэластическое состояние. [c.255]

Особый интерес представляют задачи о движении штампов по вязко-упругим основаниям с учетом динамических эффектов, имеющих, при этом место. Такие смешанные граничные задачи выпадают из класса вязкоупругих задач, которые могут быть решены обращением соответствующих упругих решений. Когда скорость движения одного тела относительно другого достаточно велика, возникает необходимость в специальном исследовании того, нужно ли считаться с динамическим характером задачи, т. е. принимать во внимание инерционные силы. Подобные вопросы приходится рассматривать, например, при расчете подшипников качения. Контактные задачи, предполагающие наличие скольжения, в точной постановке также являются динамическими, поскольку предполагают движение одного тела относительно другого. Явление проскальзывания двух соприкасающихся поверхностей можно наблюдать во многих задачах механики. В последнее время в связи с широким применением полимеров как конструкционных материалов в связи с проблемой переработки их в изделия также возник особенный теоретический и практический интерес к вопросам вязкоупругого поведения сплошных сред с учетом динамических эффектов. Поэтому, в частности, представляет интерес рассмотрение задачи о штампе, перемещающемся с постоянной скоростью по границе вязкоупругой полуплоскости. Подобная задача для упругой области была решена Л. А. Галиным [И]. [c.404]

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]

Применение ЛУМР чрезвычайно эффективно при прогнозирова- НИИ поведения при разрушении хрупких материалов, но оно менее эффективно в случае пластичных или вязкоупругих материалов, в том числе большинства полимеров. Для решения этой проблемы предложено несколько подходов, в частности широко распространено применение нелинейно-упругого интеграла по линии, так называемого интеграла / или интеграла Райса [6], близкого по смыслу к G . Недавно Эндрюс 7] предложил для полимеров более общий подход, основанный на теории Гриффита. [c.55]

Для оценки релаксации напряжения образёц мгновенно деформируется на заданную величину и затем измеряется напряже-ние, необходимое для поддержания этой деформации, как функция времени. Такой вид испытания схематически изображен на рис. 1.1. Результаты испытаний выражают в виде графиков зависимости напряжения или отношения напряжения к заданной деформации (называемого релаксационным модулем) от времени. Данные о релаксации напряжения столь же важны для понимания механизма вязкоупругости полимеров, как и данные о ползучести. Однако определение релаксации напряжений не так широко используется экспериментаторами, как испытания на ползучесть. Это можно объяснить двумя причинами 1) эксперименты по оценке релаксации напряжения осуществить значительно труднее, чем по оценке ползучести, особенно для жестких материалов 2) данные о ползучести практически более важны при конструировании изделий и прогнозировании их поведения при длительно действующих нагрузках, чем данные о релаксации напряжения. [c.16]

Четырехэлементная модель вязкоупругого тела, приведенная в гл. 3 для иллюстрации явления ползучести полимеров, может быть также использована для анализа влияния температуры и частоты на механические потери в полимерах. Поведение такой модели при динамических нагрузках показано на рис. 4.3 [65]. Предположим, что вязкость жидкости в демпфере 3 больше, чем в демпфере 2 и оба значения вязкости уменьшаются с повышением температуры. При очень низкой температуре вязкость жидкостей столь велика, что поршни не будут реагировать на прикладывае- [c.94]

Причины различного поведения при разрушении этих полимеров следует искать в структуре их строения. В самом деле, как известно из экспериментов, с увеличением скорости нагружения в вязкоупругих полимерах упругие свойства становятся преобладающими и прочность растет. Однако, как уже говорилось, ПММА является линейным полимером, и это приводит к тому, что он проявляет тенденцию к преимущественной ориентации на сильно деформированных участках. Следовательно, ПММА более чувствителен к скорости деформирования, чем поперечно сшитые эпогс-идные смолы. Преобладающие вязкие свойства ПММА играют ведущую роль в образцах с трещиной, и его [c.125]

Поведение полимерных материалов при умеренных напряжениях, оторые обычно допускаются в конструкциях из этих материалов, как оказывается, вполне удовлетворительно описывается теорией линейной вязкоупругости, притом с ядрами довольно сложного вида (не такими, которые соответствуют простейшим реологическим моделям тела Максвелла или стандартного вязко-упругого тела). Предшествующие теоретические исследования дали в руки готовый аппарат для построения теории вязко-упругости полимеров, и в этой области за короткое время были достигнуты значительные успехи. Большой объем исследований был выполнен научными коллективами при участии А. А. Ильюшина, [c.123]

Возвращаясь к анализу результатов, представленных на рис. 3.3, 3.4, следует отметить, что обобщенные кривые удовлетворительно согласуются со сплошными кривыми, иллюстрирующими результаты длительных контрольных опытов в области, где поведение ПЭВП является нелинейно вязкоупругим [47]. При этом сохраняется практическая ценность обобщения данных по методу приведенных переменных, поскольку открывается возможность прогнозирования свойств в широком интервале времен и напряжений. Необходимо также указать, что для прогнозирования свойств полимеров лучше выбирать температуру приведения внутри интервала между переходами, поскольку результаты измерений, выполненные в области переходов, обычно имеют большой разброс. Это расширяет доверительную область и уменьшает точность обобщенных кривых, [c.93]

Сравним релаксационное поведение данных материалов и тех материалов (упругого и вязкоупругого), которые обычно применяются в методе 4)ото-упругости [47] эпоксидного олигомера ЭД-20, отвержденного ангидридом полисебациновой кислоты (вязкоупругий материал), и олигомера ЭД-20, отвержденного метилтетрагидрофталевым ангидридом (7 g = 115 °С, упругий материал). Нахождение переходной зоны (из стеклообразного в высокоэласти-ческое состояние) вязкоупругого материала в области температур от -5 до. 34 °С позволяет, изменяя температуру испытания, проводить сравнение релаксационных свойств этих полимеров при одинаковых значениях начального модуля упругости. [c.251]

ДО 3 МПа, является простой для этого н жно получить полимеры, у которых температура стеклования 7 близка к комнатной (если разномодульные материалы должны работать при комнатной температуре). Однако, как хорошо известно, материалы в переходной зоне обнаруживакп ярко выраженное вязко-упругое поведение, и кроме того, их механические свойства резко меняются при очень небольшом изменении температуры как в сторону ее понижения (переход к пластмассе), так и в сторону ее повышения (переход к резине). В этом заключается вторая трудность получения разномодульных материалов, которые наряду с широким интервалом изменения модуля упругости должны обладать упругими, а не вязкоупругими свойствами, а кроме того, они должны сохранять заданный градиент свойств в широком интервале тем-перату р. [c.282]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...