ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм влияния гидростатического давления на прочностные свойства полимерных материалов из "Свойства полимеров при высоких давлениях" Рассмотрим условия, при которых возникает тот или иной тип разрушения. [c.145] Хрупкое разрушение происходит иначе. Оно может иметь место тогда, когда в какой-либо области образца величина максимального нормального напряжения растяжения достигает значения предельной прочности, определяемой силами связи между атомами или молекулами. При этом касательное напряжение должно быть меньше предела текучести. Как известно, величина максимального касательного напряжения при одноосном растяжении равна половине нормального напряжения, и, так как предел текучести всех материалов много меньше предельной прочности, в обычных условиях одноосного растяжения хрупкое разрушение невозможно. [c.146] Вероятность хрупкого разрушения определяется Так же температурно-скоростным режимом деформирования. Действительно, чем больше скорость деформирования или чем меньше температура, тем выше предел текучести, как это подробнее будет показано далее. Но чем выше предел текучести, тем меньше может быть концентрация напряжения, достаточная для возникновения хрупкого разрушения. Заметим, что отношение скорости деформации в зоне устья трещины к средней скорости деформации образца близко к коэффициенту концентрации напряжения. Таким образом, увеличение остроты трещины увеличивает опасность хрупкого разрушения не только за счет роста максимального нормального напряжения, но и вследствие повышения локальной скорости деформации, ведущей к росту предела текучести. [c.147] Рассмотрим теперь, как влияет характер напряженного состояния на процессы хрупкого и пластичного разрушения. [c.147] Если давление достаточно для закрывания трещин, прочность тела должна возрастать, так как меняется характер разрушения. Это и обнаружено в опытах, описанных в работе . [c.148] Формула (5.7) определяет зависимость предела текучести при сдвиге от гидростатического давления, температуры и скорости деформации. Как следует из формулы, величина касательного напряжения линейно зависит от гидростатического давления и температуры, что, как показано выше, подтверждается опытными данными в определенном интервале температур и давлений. Величина коэффициента перед Оср (отношение активационных объемов), по опытным данным, оказывается примерно одинаковой для тел разной структуры и близкой к 0,1. Разное влияние гидростатического давления на предел текучести металлов и полимеров определяется существенно различной величиной отношения U/y. [c.149] Обычно при написании формулы (5.6) предполагается, что энергия активации не зависит от температуры, а величины и Y — от Давления. То и другое предположение является неточным. Из элементарных соображений следует, что энергия активации должна изменяться с изменением температуры. Однако если предположить что эта зависимость линейна , то ее наличие поведет только к изменению предэкспоненциального множителя. Опыт показывает, что у и у зависят от давления, и в числителе экспоненты формулы (5.6) следовало бы писать соответствующие интегралы . Однако эти зависимости плохо известны, и приходится пока ограничиваться некоторыми постоянными значениями этих величин. [c.149] Из опытов, описанных выше, следует, что не только Предел текучести, но и характер деформации за пределом текучести также меняется с изменением гидростатического давления. Это обусловлено особенностями вязкого течения твердых тел. Показано , что при растяжении или сжатии различных типов полимерных материалов при малых напряжениях изменение температуры деформируемого тела соответствует известной термодинамической формуле Кельвина — охлаждение при растяжении и нагревание при сжатии, причем величины изменения температуры достаточно малы — порядка 0,1 °С. [c.150] В опытах на одноосное сжатие объем уменьшается, однако при достижении некоторого напряжения он начинает увеличиваться, так же как при растяжении . Наконец, при сдвиге объем тоже начинает расти при достижении некоторого напряжения, близкого к пределу текучести. [c.150] Таким образом, еще до достижения предела текучести, при напряжениях, при которых становится существенным вязкое течение, образуются трещины, ведущие к росту объема деформируемого тела. После достижения предела текучести число трещин резко возрастает. [c.150] При нагревании выше температур стеклования возможно залечивание только части возникших в процессе деформации трещин и только частичный возврат к исходным размерам, что обусловлено неоднородной деформацией блоков полимерного образца по механизму, описанному в работе Ч Следует заметить, что, по-видимому, трещины образуются в процессе пластического течения всех тел, в том числе и металлов . Чрезвычайно трудно придумать механизм деформации твердого кристаллического тела, а тем более аморфного, на десятки процентов без возникновения трещин. [c.151] При приложении гидростатического давления число возникающих трещин при данной деформации уменьшается с ростом давления и при 1500 кгс/см оказывается на несколько порядков меньше, чем при деформации без приложения давления, однако средний размер трещин остается без изменения (например, у капрона порядка 200 А). Это свидетельствует о наличии некоторого минимального размера трещин, необходимого для осуществления относительного перемещения отдельных блоков полимерного материала. [c.151] Как следует из приведенных выше экспериментальных данных, величина предельной деформации при наличии гидростатического давления мало отличается от предельной деформации в отсутствие давления (в отличие от металлов, пластичность которых с повышением давления интенсивно растет), что в какой-то степени находится в противоречии со значительным уменьшением, количества трещин с ростом давления. Возможно, это объясняется уменьшением подвижности сегментов с уменьшением удельного объема, в результате чего облегчается возникновение магистральных трещин. [c.151] При растяжении ряда аморфных термопластических материалов, находящихся в стеклообразном состоянии, например полистирола или полиметилметакрилата, пластическая деформация невелика, и часто говорят о хрупком разрушении этих материалов при растяжении и сдвиге. Если считать хрупкими материалы, которые разрушаются при малой деформации, то это утверждение, действительно, правильно. Если же считать хрупкими материалы, разрушающиеся под действием нормальных напряжений, то эти материалы следует считать пластичными, так как при растяжении они разрушаются под действием касательных, а не нормальных напряжений. [c.152] Это следует из значений предела текучести данных материалов, достигающих 0,05 модуля упругости из характера поверхности разрушения (поверхность — гладкая, она возникает в результате микропластической деформации, а при истинно хрупком разрушении поверхность разрыва — шероховатая) из того, что предел текучести при кручении оказывается приблизительно равным 0,75 предела текучести при растяжении (в условиях хрупкого разрушения эти величины должны быть равны). Наконец, пластичный характер разрушения следует из опытов с предварительно нанесепкыми трещинами . В этих опытах получилось, что при расчетах по формуле Гриффитса с использованием экспериментальных значений прочности и модуля Юнга значение поверхностного натяжения оказывается на 2—3 порядка больше значении поверхностного натяжения этих материалов. [c.152] Таким образом, материалы этой группы характерны тем, что при комнатных температурах в них возникают магистральные трещины и происходит разрушение при деформации, близкой к деформации, соответствующей пределу текучести. При повышенных температурах, однако существенно ниже температур стеклования, пластичность этих материалов резко возрастает. При приложении гидростатического давления около 2000 кгс см на образцах при растяжении намечается шейка , а при давлении больше 3000 кгс/см предельная деформация резко возрастает . [c.152] Вернуться к основной статье