ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние различных факторов на усталостную прочность из "Конструкционные полимеры Книга 1" В литературе имеются многочисленные данные относительно влияния частоты нагружения на предел усталости полимерных материалов. В работах [54, 55, 56, 58] показано, что увеличение частоты нагружения приводит к снижению усталостной прочнрсти этих материалов. По данным Зарека [60], повышение частоты от 100 об/мин до 2250 об/мин понизило усталостную прочность оргстекла в 3 раза. В работе Финдли [56] отмечается, что при увеличении частоты от 30 гц до 100 гц иредел усталости термопласта понизился на 23%. Однако влияние частоты в действительности меньше, если учесть температуру образца в результате разогрева. [c.263] Черняк и Яковлев [61] приводят следующие данные образцы диаметром 6,3 мм из высокопрочного слоистого пластика были яспытаны на усталость (изгиб с вращением, консольное нагружение) предел выносливости на базе 10 циклов составлял при частоте нагружения 500 об/мин 4,4 кГ/мм , а при 1400 об мин — 3,7 кГ1мм , т. е. снизился примерно на 15%. Эти же авторы приводят данные, свидетельствующие о значительном влиянии частоты нагружения на усталостную прочность капрона (увеличение частоты с 240 до 1400 об/мин дало снижение предела выносливости на 66%). Объясняется это тем, что с увеличением скорости испытания увеличивается температура образца за счет гистерезисных явлений в материале и разогрева деталей испытательной машины. Увеличение температуры, в свою очередь, ведет к снижению усталостной прочности материала. [c.263] Известен так называемый парадокс Миллана , состоящий в том, что с повышением частоты нагружения влияние температурного фактора резко падает, хотя можно было ожидать обратную зависимость. Это явление объясняется тем, что при большой частоте повышенная температура воздействует на вращающийся образец меньшее время, чем за то же число циклов при меньшей частоте нагружения. Большие скорости вращения образца в машине способствует также более интенсивному его охлаждению. Этим можно объяснить результаты ряда авторов, не обнаруживших заметного влияния частоты нагружения на усталостную прочность полимерных материалов. По данным, приведенным в [55], увеличение частоты испытаний до 1000 об/мин не оказывает влияния на усталостную прочность армированных пластиков, если действие температуры может быть исключено. В работе [62] обнаружена независимость выносливости от частоты нагружения в диапазоне частот от 0,01 до 100 гц при круговом изгибе для аморфных и кристаллических полимеров. [c.263] ТИ1ВОПОЛОЖНОМ влиянии частоты, В связи с этим интересен вывод, сделанный в работе [58] о том, что при одновременном изменении температуры и частоты нагружения понижение температуры можно считать эквивалентным увеличению частоты нагружения. Для выявления действия только частоты приложения нагрузки необходимо устранить действие температуры. Однако уменьшение пределов усталости с ростом частоты нагружения связано не только с термическим эффектом вследствие гистерезисного нагрева, но и с тем, что разные скорости дефорхмирования создают разную наследственность. Как отмечено в [57], это сказывается на процессе усталости и форме кривой. [c.264] Для оценки влияния концентрации напряжений на усталостную прочность часто сравнивают результаты испытаний на изгиб с вращением гладких образцов и образцов с концентраторами напряжений. Следует заметить, что большой объем низколапря-женного материала, граничащий с высоконапряженным материалом вблизи концентратора, обусловливает более легкое распространение тепла, возникающего в результате гистерезисных явлений, чем при равных напряжениях в образце без концентратора. Таким образом, температура образца с концентратором оказывается ближе к комнатной, чем в образце без концентратора, при одинаковых значениях переменных напряжений. [c.264] В силу сказанного обычное определение эффективного коэффициента концентраций напряжений как отношения пределов выносливости гладкого и надрезанного образцов следует считать условным, так как при этом не учитывается различие в скорости деформации и температуре для этих образцов. [c.264] Снижение предела выносливости за счет концентрации напряжений армированных пластиков проявляется не очень значительно. У стеклопластиков на полиэфирной смоле на базе 10 циклов обнаружена разность условного предела усталости для гладких и надрезанных образцов около 5%, что значительно меньше, чем для ряда металлов. Это в какой-то степени можно объяснить там, что стеклопластик—композиционный материал, в котором в силу технологии его изготовления уже имеются напряжения за счет концентрации напряжений в местах соединения арматуры со связующим и дополнительная концентрация напряжений за счет внешнего концентратора мало меняет напряженное состояние в образце. [c.265] Неармированные пластики, напротив, сильно подвержены влиянию надреза. У преосованнаго фенопласта усталостная прочность при наличии надреза снижается вдвое. [c.265] Фактические данные относительно снижения усталостной прочности вследствие действия концентраторов напряжений приводятся в работах [55, 56, 65]. По данным опытов, проведенных в ЦНИИТМАШе [63], надрез снижает усталостную прочность образцов из пресс-материала АГ-4В почти в 1,4 раза. Наличие концентратора напряжений в виде уступа почти в 1,6 раза снижает усталостную прочность образцов, изготовленных из пресс-материала П-25С. Концентратор напряжений в виде обжимной втулки снижает предел усталости стеклопластиков до 40%. Воллер [59] исследовал влияние концентрации напряжений на предел усталости стеклопластиков при плоском изгибе. Концентратором служило круговое отверстие. Опыты с обдувом при комнатной температуре, проводившиеся с частотой 15 гц, обнаружили снижение усталостной прочности от действия концентратора напряжений. [c.265] Однако наряду с многочисленными данными о снижении усталостной прочности при действии концентрации напряжений в литературе имеются сведения о нечувствительности некоторых материалов к концентраторам определенного вида [63], а также о повышении усталостной прочности под действием концентрации напряжений. По данным, приведенным в работе Оберга [66], круговой У-образный надрез с углом раствора 60° приводит к повышению предела усталостной прочности фенольного армированного пластика на 30%. [c.265] Финдли [56], испытывая круглые образцы из армированного пластика при изгибе с вращением на базе 10 циклов, обнаружил, что наличие надреза приводит к повышению усталостной прочности на 15% и выше по сравнению с гладкими образцами. Отмеченные аномалии не получили должного объяснения. [c.265] Существенное влияние на механические характеристики конструкционных полимеров оказывает температура испытания. Речь пойдет о влиянии температуры опыта на усталостную прочность, ранее уже обсуждался вопрос о повышении температуры образца в результате гистерезисного разогрева. [c.266] Зависимость прочности от температуры связана в первую очередь с влиянием температуры на кристаллизацию и межмоле-кулярное взаимодействие. Поэтому прочность кристаллизующихся полимеров в большей степени зависит от температуры, чем прочность некристаллизующих полимеров, как отмечают Резниковский и Присс [53]. [c.266] Конструкционные полимеры по своим структурным особенностям относятся к упруго-вязко-пластическим материалам. Армированные материалы, например, схематично состоят из жесткого скелета, обладающего упругими и пластическими свойствами, и заполнителя, обладающего вязкими свойствами. С повышением температуры вязкое сопротивление заполнителя уменьшается, а это приводит к падению жесткости материала. При экспериментальном изучении скорости возникновения и роста трещин в полимерных материалах обнаружено, что повышение температуры опыта приводит к увеличению скорости роста и распространения трещин и тем самым ведет к снижению усталостной прочности материала. [c.266] По данным Черняка и Яковлева [61], при усталостных испытаниях на изгиб с вращением образцов из высокопрочного слоистого пластика при повышении температуры опыта от 60 до 160°С предел выносливости, определенный на базе 10 циклов, понизился от 8,4 до 2 кГ/мм , т. е. примерно в 4 раза. При изменении температуры от 30 до 80°С наблюдалось понижение предела усталости пластика до 58% и до 25% Для ткани, обработанной фенолом [55]. [c.266] Однако, как отмечается рядом авторов (например, [63]), влияние температуры на выносливость уменьшается с возрастанием числа циклов нагружения. [c.266] При исследовании усталостных свойств стеклотекстолита КАСТ-В нами было обнаружено, что значительный разогрев консольного образца в месте зажима приводит к изменению его усталостной прочности. Чтобы количественно учесть это явление, было проведено исследование изменения статической прочности КАСТ-В после предварительной термообработки. Обнаружен оптимальный режим, повышающий статическую прочность материала до 46% без ухудшения пластических свойств последнего. Для этого образцы нагревали в термостате до 160°С и выдерживали при этой температуре в течение четырех часов. Приобретенное упрочнение длительно сохранялось при испытаниях в течение трех месяцев изменения свойств не было обнаружено [67]. [c.266] Влияние изменения температуры в широком диапазоне на усталостные характеристики некоторых пластиков, таких, как метилметакрилат и фенольные смолы, изучалось Обергом с сотрудниками [66]. Они пришли к выводу, что при низких температурах усталостные характеристики не ухудшаются. Аналогично Финдли [56] показал, что для слоистых пластиков усталостная прочность понижается с повышением температуры от —57° до 218Х. [c.267] Необходимо отметить, что, несмотря на большое число данных относительно усталостной прочности конструкционных полимеров, сравнение их крайне затруднительно из-за отсутствия единых методов испытаний. [c.267] Вернуться к основной статье