ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Зависимость усталостно-прочностных свойств от условий циклического нагружения из "Механические испытания каучука и резины" Несмотря на большое количество экспериментальных исследований, посвященных зависимости усталостной выносливости от различных факторов, сформулировать какие-либо количественные закономерности пока затруднительно. [c.326] Осно вная причина такого положения в том, что большинство данных получено разными методами, в несопоставимых условиях, а иногда и в таких условиях, которые вообще не могут быть строго проанализированы. Надо отметить, что широко распространенные испытания на многократное растяжение, проводимые обычно на образцах в виде двусторонних лопаток, закрепляемых таким образом, что максимально сближенным зажимам соответствует, при установке, недеформированное состояние образца, должны быть отнесены к последнему типу испытаний. В самом деле, для резины и других релаксирующих тел среднее значение напряжения, отвечающее заданной деформации, с течением времени убывает. В рассматриваемом динамическом режиме явление релаксации среднего напряжения цикла приведет к тому, что первоначально знакопостоянный (как по деформациям, так и по напряжениям) цикл в процессе многократного нагружения превратится в цикл знакопеременный (по напряжениям). Действительно, среднее напряжение цикла равно амплитудному лишь в начальный момент испытания далее же, вследствие релаксации, оно становится меньше амплитудного (т. е. в образце возникают динамические напряжения сжатия). Фактически, однако, при испытании полосок знакопеременность цикла напряжений реализована быть не может из-за потери образцами устойчивости и возникновения деформации продольного изгиба , т. е. провисания образца, делающего режим испытания совершенно неопределенным. [c.326] Важнейшим параметром, определяющим значение динамической выносливости резины, в простейшем случае гармонического нагружения является амплитудная составляющая напряжения. [c.326] В приведенном соотношении режим нагружения характеризуется одним лишь амплитудным значением напряжения, и поэтому соотношение (1), строго говоря, применимо только к утомлению при симметричном нагружении, когда среднее напряжение за цикл равно нулю. [c.327] В соотношении (2) / i есть прочность при однократном нагружении, а р имеет смысл коэффициента, характеризующего сопротивляемость резины повторности (или многократности) ее нагружения. TaiKHM образом, р является важнейшей физической характеристикой усталостной выносливости резины. [c.327] Действительно,, распространенная оценка усталостных свойств по выносливости или усталостной прочности, при каких-то случайно выбранных условиях испытаний, может давать практически ценные данные (если эти условия выбраны правильно), но совершенно не отражает физической сущности дела. [c.327] Это можно проиллюстрировать рис. 170, на котором представлено поведение двух резин, отличающихся значениями показателей /о1 и р. [c.327] В соответствии с законом (2) зависимость /о—N в логарифмической системе координат спрямляется, причем ордината, отвечающая нулевому значению Ig/V, есть Ig/oi, а котангенс угла наклона прямой — коэффициент р. [c.327] Резина 1 отличается более высокой прочностью и этим определяется ее преимущество при жестких режимах (больших амплитудах напряжения). Вместе с тем резина / обладает значительно меньшим сопротивлением повторности (т. е. большей утомляемостью), почему при длительных испытаниях она угра-чивает свои пеимущества и даже уступает резине 2, менее прочной, но более стойкой по отношению к повторным нагружениям. [c.328] Из проведенного рассмотрения видно, что соотношение (2) позволяет дать физическое определение утомляемости как чувствительности к повторности нагружения, и определить эту утомляемость безотносительно к исходной прочности резины. [c.328] Значение соотношения (2) еще и в том, что с его помошью усталостная выносливость при любой амплитуде напрп кенин может быть определена расчетным путем, если известны значения характеристик /о1 и р для данной резины. [c.328] В наиболее общем случае надо считать /о1 и 3 зависящими от частоты динамического нагружения. В ряде работ , однако, показано, что изменение частоты в не слишком широких пределах (в 10—100 раз) практически не влияет на выносливость резины, если испытания проводятся строго при одинаковой температуре. [c.328] В настоящем его виде соотношение (2) применимо к описанию утомления только при симметричном цикле нагружения. Оно может, однако, найти применение и для описания закономерностей утомления при несимметричном цикле, так как этот последний В первом приближении может быть рассмотрен как результат взаимоналожения статической, не изменяющейся во времени нагрузки (определяющей среднее напряжение цикла) и переменной динамической нагрузки, симметричной относительно статически напряженного состояния. [c.328] ИХ действия, т. е. о том, что общая скорость разрушения в этих условиях является суммой скоростей разрушения при статическом и динамическом (симметричном) нагружении. [c.329] Такого рода предположение в ряде случаев оказывается достаточным для количественного описания выносливости при несимметричных циклах, когда средняя составляющая относительно невелика. [c.329] В общем случае приходится, однако, считаться с тем, что статическая деформация переводит элементы структуры резины в ориентированное состояние, что может влиять на динамическую утомляемость. [c.329] Для такого рода резин вопрос о зависимости выносливости при динамическом нагружении от стагической составляющей цикла был предметом многих экспериментальных исследований. Очень показательные данные, иллюстрирующие влияние статической деформации растяжения — сжатия на динамическую выносливость резины на основе натурального каукука при многократном сдвиге, представлены на рис. 171. [c.330] Возможность повышения усталостной выносливости резин на основе кристаллизующихся каучуков за счет применения их в статически напряженном состоянии имеет большое практическое значение. Что касается теоретического истолкования явления, то оно в общем сводится к тем же рассуждениям, которые были приведены при объяснении положительного влияния на прочность резины ее способности кристаллизоваться, в растянутом состоянии. [c.330] Зависимость выносливости при динамическом нагружении от температуры близка к экспоненциальной. Применение для описания этой зависимости закона Аррениуса явилось основой для не вполне корректной попытки связать кинетику усталостного разрушения с кинетикой протекания в резине различных химических превращений (лежащих, по предположению, в основе процесса утомления). Надо, однако, сказать, что роль химических превращений тем существенней, чем выше температура и длительней процесс утомления (т. е. менее форсирован механический режим утомления). Наоборот, в условиях интенсивных механических воздействий разрушение происходит относительно -быстро, причем роль химических изменений, особенно если температура невысока, вряд ли существенна. Последнее иллюстрируется, в частности, и приводимыми ниже данными по влиянию кислорода воздуха на усталостную выносливость резин на основе различных каучуков. Опыты проведены в условиях симметричного цикла (изгиб гантелевидных образцов, сопровождаемый их вращением) на монолитных (неповрежденных) образцах и на образцах со специально нанесенным поперечным надрезом . [c.331] Одним из (Наиболее эффективных агентов, ускоряющих усталостное разрушение, является атмосферный озон, диффундирующий к поверхности земли из стратосферы, где он образуется из кислорода под действеим ультрафиолетовых лучей. Даже в ничтожно малых концентрациях (порядка 10 —10- %) озон вызывает интенсивное растрескивание резин в поверхностном слое, причем трещины всегда располагаются перпендикулярно направлению растяжения, даже если оно составл5.(,т всего несколько процентов. [c.332] Вернуться к основной статье