Теории прочности полимерных материалов

При применении теории Губера—Генки к рассмотрению прочности полимерного материала выбирают реологическую модель, описывающую его механические свойства. Иногда для этого оказывается достаточно модели Кельвина. [c.263]

Из известных теорий прочности полимерных материалов остановимся на двух, в которых критериями расчетов являются предельное напряжение (механическая прочность) и допустимая деформация. В первом случае потребуется введение некоторого эмпирического коэффициента запаса прочности, который не только позволяет избежать разрушения конструкции в условиях эксплуатации, но гарантирует устойчивость ее формы во времени. Такая постановка проблемы потребует исследования всех возможных причин нарушения устойчивости конструкции во времени иод действием внешней нагрузки и внешней среды. Прп этом деформации материала конструкции не рассматриваются. Во втором случае коэффициент запаса определяется по предельно допустимой деформации материала, которая должна быть меньше разрушающей деформации за заданный срок службы детали. Условие устойчивости формы во времени в этом случае должно быть обеспечено. [c.89]

Задачей теории прочности является составление методики расчета допустимых нагрузок деталей машин или сооружений при любой заданной схеме напряженного состояния на основании знания механических характеристик данного материала, полученных при некоторых простых видах напряженного состояния. Так как у полимерных материалов механические характеристики являются функцией температуры и времени нагружения, то задача теории прочности полимерных материалов — это расчет допустимых нагрузок при любой заданной схеме нагружения и при различных температурах и временах нагружения по данным опытов, проведенных при некоторых достаточно простых видах напряженного состояния. [c.154]

Экспериментально теория Гриффитса была подтверждена известными опытами с каменной солью [12] и со стеклянными нитями [1, с. 57]. Удаление поверхностных трещин в этих опытах с помощью растворителей приводило к сильному возрастанию прочности образцов. В более поздних работах было доказано наличие субмикротрещин в полимерных материалах [8, с. 285]. Наличие дефектов вносит ряд принципиально новых моментов в представление о прочности по сравнению с прочностью идеального материала. Процесс разрушения в реальном материале [c.111]

Вероятность такого разрыва характеризуется множителем е п г величина которого зависит не только от температуры, но и от напряжения. Последнее снижает начальный активационный барьер 7 на величину уа, что приводит к увеличению вероятности разрыва химических связей, определяющих прочность материала. Разрушение твердого тела происходит постепенно и представляет собой накопление во времени элементарных актов разрыва химических связей. Коэффициент То по порядку величины равен п иоду тепловых колебаний атомов. При уменьшении внешнего напряжения частота элементарных актов разрыва при одной и той же температуре уменьшается, а при отсутствии его приближается к частоте актов термической деструкции при данной температуре. Таким образом, по Журкову, процесс разрушения твердого полимерного тела не есть чисто механическое явление, а рассматривается как термический процесс распада полимерных молекул, обусловленный тепловыми флуктуациями и ускоренный приложенными извне напряжениями. Это значит, что характеристика прочности материала (особенно полимерного) с помощью так называемого предельного напряжения, не может считаться правильной без указания времени, в течение которого действовало внешнее напряжение. Понятия об этих характерных напряжениях полностью теряют смысл нри анализе физической природы прочности, хотя они могут иметь значение как практические характеристики материала . Если основные положения термофлуктуационной теории правильны, то в процессе нагружения полимерного материала должны образовываться и накапливаться свободные макрорадикалы, возникающие за счет разрыва химических связей в главной цепи полимера. Экспериментальные исследования данного явления, выполненные в последнее время, полностью подтвердили это предположение. [c.142]

Несмотря на достигнутые успехи в понимании механизма разрушения полимеров и создании теории прочности, многие вопросы еще остаются нерешенными. Так, во многом неясны закономерности нехрупкого разрушения полимерных тел, сопутствующие ему явления зарождения и роста трещин серебра и другие изменения материала необходимо изучить наиболее слабые связи в полимерных молекулах и т. д. Особое внимание следует уделить надмолекулярным структурам, оказывающим иногда решающее влияние на механическую стабильность вообще и прочность 6 частности. [c.168]

В настоящее время на основании большого числа экспериментальных данных С. И. Журковым предложена флуктуационная теория прочности полимеров, краткое содержание которой состоит в следующем. Разрыв полимерного материала под действием внешних сил является процессом, проис.хо-дящим во времени. Скорость этого процесса зависит от соотношения энергии активационного барьера и тепловых флуктуаций, измеряемых величиной кТ. Разрыв происходит вследствие тепловых флуктуаций, а растягивающее напряжение способствует этому флуктуационному процессу, понижая энергетический барьер. Чем сильнее тело напряжено, тем. м ньше величина энергетического барьера и тем более вероятен процесс разрыва [c.222]

В соответствии с теорией Гриффита рост трещин в полимере начинается тогда, когда напряжение достигнет критического значения. Наличие перенапряжений в вершине трещины принципиально картины не меняет. Опыт показывает, что для разрушения не всегда необходимо достигнуть критического значения напряжения. Доска, перекинутая через ручей, может долго служить в качестве мостков, но в какой-то момент разрушится, хотя нагрузка в этот момент не превышала обычную паровой котел, работающий под давлением, может работать годами и наконец лопнуть, хотя давле-ние в нем не превысит регламентированного техническими условиями. Мы делаем вывод, что материал, в частности полимерный, можно охарактеризовать не только прочностью в МПа, но и долговечностью— временем, в течение которого он не разрушается под действием заданного напряжения. [c.201]

Так как модули упругости компонентов стеклопластика обычно существенно различаются между собой, то для предотвращения преждевременного разрушения необходимы полимерные связующие, предельные удлинения которых превышают среднее удлинение композиционного материала в десятки раз [631 ]. Обычно нарушение монолитности стеклопластиков начинается задолго до разрушения. Вследствие того, что поврежденные участки занимают малую часть объема материала, ориентированные стеклопластики рассчитывают на прочность как сплошные материалы. Естественно, что при оценке герметичности конструкции следует учитывать нижнюю границу нагружения, при котором начинается образование трещин [632]. Обычно количественные расчеты прочности армированных систем начинаются с однослойных моделей. Следующим шагом является рассмотрение материала, состоящего из двух или нескольких слоев. Теорию многослойных сред к армированным материалам применил В. В. Болотин [633]. Теория армированных сред в приложении к ориентированным стеклопластикам получила развитие в работе [634, с. 192]. [c.301]

Физико-химические закономерности адгезии полимеров, изложенные в первой части монографии, и экспериментальный материал, приведенный во второй части, позволяют выработать единый подход к проблеме адгезии полимеров, теоретической основой которого является молекулярная теория адгезии [1—4]. Таким образом, учитываются физико-химические особенности полимерных адгезивов, закономерности взаимодействий полимер — субстрат и факторы, обусловливающие прочность адгезионного соединения. По существу, это единственно возможная позиция, позволяющая анализировать проблемы адгезии всесторонне, в то-время как другие теории адгезии рассматривают частные [вопросы диффузию при формировании адгезионного соединения, реологические эффекты, закономерности деформации и разрушения адгезионных соединений. Эти вопросы, как мы видели, рассматриваются и молекулярной теорией адгезии, но именно как частные-вопросы при анализе той или иной стороны проблемы. [c.363]

Долгое время оставалось неясным, могут ли межмолекулярные силы обеспечить наблюдаемую на опыте А. Во-первых, было показано, что при отслаивании полимерного адгезива от поверхности субстрата затрачивается работа на несколько порядков выше той, к-рая требуется для преодоления сил межмолекулярного взаимодействия. Во-вторых, рядом исследователей была обнаружена зависимость работы А. от скорости отслаивания полимерного адгезива, в то время как в случае правильности адсорбционной теории эта работа, казалось бы, не должна зависеть от скорости раздвижения поверхностей, находящихся в контакте. Однако проведенные в последнее время теоретич. расчеты показали, что межмолекулярные силы могут обеспечить наблюдаемую на опыте прочность адгезионного взаимодействия даже в случае неполярных адгезива и субстрата. Несоответствие работы, расходуемой на отслаивание, работе, затрачиваемой против действия адгезионных сил, объясняется тем, что первая включает также работу деформации элементов адгезионного соединения. Наконец, зависимость работы А. от скорости расслаивания может быть удовлетворительно истолкована, если на этот случай распространить представления, объясняющие зависимость когезионной прочности материала от скорости деформации влиянием тепловых флуктуаций на распад связей и релаксационными явлениями. [c.10]

Нагрузочная способность, т. е. величина допустимых нагрузок на зуб колеса, определяется вначале но так называемой контактной прочности, а затем учитываются факторы зацепления (величины зазоров, скорости движения, фактор перекрытия и др.), для чего вводятся эмпирические коэффициенты. До применения полимерных материалов в зубчатых передачах расчеты на контактную прочность производились па основе классической теории упругости, когда исходят из максимальных значений модулей упругости материала. Опыт использования полимерных материалов в зубчатых передачах нанес удар по самой основе этих расчетов, так как вследствие низкого значения модуля упругости полимерных материалов увеличивается контактная площадь и повышается коэффициент перекрытия. Отсюда возникает необходимость разработки самой системы расчета этих материалов на контактную прочность. [c.336]

Одно из главных положений теории Гриффита — критический механизм разрушения — не выдерживает экспериментальной проверки. Сначала единичные а потом систематические опыты показали, что твердое тело может разрушаться не только при напряжениях, соответствующих критическим, но и при значительно меньших напряжениях. Для разрушения полимерных материалов совсем не обязательно доводить напряжение до так называемого предела прочности . Прикладывая намного меньшее напряжение, всегда можно дождаться разрушения материала. Долговечность, или время жизни твердого тела, тем больше, чем меньше приложенная к нему нагрузка. [c.378]

Следует отметить, что в статистической теории не учитываются внутренние процессы, протекающие в полимерном материале при его деформации и разрушении, и поэтому эта теория не может предсказать зависимости прочности от условий опыта и структуры материала. В статистической теории также принимается, что рост трещины наблюдается лишь после того, как концентрация напряжений на ее краях достигнет критического [c.79]

Если применять развитую теорию к рассмотрению прочности полимерного материала, то следует прежде всего выбрать реологическую модель, описывающую его механические свойства. Иногда для этого оказывается достаточно модели Кельвина, изображенной на рис. 13 ( Механические свойства полимеров , Б. Роузен). В некоторых случаях приходится прибегать к составной модели Кельвина, показанной на рис. 14 (там же). Первый случай был здесь рассмотрен, второй — может быть рассмотрен аналогичным образом. Поскольку составная модель Кельвина характеризуется временем запаздывания подобно простой модели Кельвина и временем релаксации подобно модели Максвелла, то разрушающее напряжение будет увеличиваться с увеличением скорости деформации. При постоянной нагрузке разрушению предшествует некоторый период ползучести. [c.412]

Для объяснения сложных механических свойств высокоанизотропных полимерных сеток необходимо иметь простое модельное представление об организации и взаимодействии структурных элементов и об их деформировании. Подобные модельные представления будут полезны при дальнейших исследованиях, в которых придется ограничиться примерами отдельных структурных моделей, поверхностно их касаясь или исключая большую часть других. В этом разделе будут описаны предложенные формы структурных элементов и типы их взаимодействия на основе теорий деформирования композиционного материала. Подобные теории разработаны с учетом поведения при малых деформациях. Они могут быть распространены на теории прочности только в случае определения критериев ослабления, которые становятся эффективными в случае справедливости определенной теории деформирования. [c.43]

Таким образом, основной характеристикой сопротивления материала как при статической, так и при динамической нагрузке служит механическая долговечность, т. е. время от момента приложения нагрузки до момента разрушения. В многочисленных работах, рассмотренных в обзорной статье Аскадского [283], показано, что существование временной зависимости прочности наблюдается для всех твердых тел и связано с самой природой разрушения. Эти работы подтвердили основное положение флуктуациоиной теории прочности, согласно которой разрушение полимерных и других твердых тел происходит во времени вследствие распада контактов и химических связей под действием нагрузки. Недавние исследования Влодавца и сотр. и Стратулата [288, 289] указали на принципиальную возмо кность использования измерений долговечности при изучении механических свойств не только монолитных твердых тел, но и дисперсных коагуляционных и конденсационных структур . [c.121]

Принципиальной важности исследования выполнены Куи-шинским с сотр. [7.68—7.71]1 — закономерности медленного роста трещин в полимерных стеклах (ПММА и др.) в области квазихрупкости при статическом и низкочастотном циклическом режимах нагружения в условиях кручения. Крутящий момент изменялся по пилообразному закону от Мт п до Л4тах. Циклы нагружения имели периоды от 1 до 2000 с (г<1 Гц), при которых практически отсутствует разогрев материала в концевой зоне трещины. При статическом режиме установлено существование пороговой величины удельной работы разрущения, при которой устойчивый рост трещин прекращается. Этот результат согласуется с выводом термофлуктуационной теории прочности о существовании безопасного напряжения, при котором скорость роста трещины V—ф, а работа разрушения стремится к минимальному значению, поскольку все виды механических потерь, зависящих от скорости роста трещины, обращаются в пуль. Характеристическая энергия разрущения Ок, отвечающая пороговому напряжению Гриффита Оо (см. гл. 4), соответствует пороговой величине удельной работы разрушения Wts При удельной работе разрущения W[c.217]

Чтобы выбрать теорию прочности для рассмотрения условия разрушения полимерных и лакокрасочных покрытий под действием внутренних напряжений, необходимо проанализировать состояние материала и характер напряженного состояния покрытия. Как упоминалось в предыдущей главе, покрытия могут претерпевать хрупкий, высокоэластический и пластический разрыв, и с этой точки зрения их разрушение не может быть рассмотрено с позиций единой теории прочности. Однако задача упрощается, если обратиться к напряженному состоянию покрытий. Под действием внутренних напряжений в полимерном покрытии возникает равноосное плоское напряженное состояние. Нетрудно видеть, что для данного напряженного состояния жесткость нагружения g = О, т. е. нагружение покрытия является предельно жестким, а это значит, что при этих условиях в большинстве случаев дайе эластические покрытия будут разрушаться путем отрыва, т. е. хрупко. Высказанные соображения позволяют провести рассмотрение процесса разрушения покрытий под действием внутренних напряжений на основе первой теории прочности, принимая.за критерий разрушения максимальные нормальные внутренние напряжения. [c.111]

Собственно, ббльшая часть исследований прочностных свойств твердых тел и направлена на подбор исходного материала для теорий прочности. В литературе, посвященной расчету на прочность изделий из гомогенных полимерных материалов225-227 рекомендуется для пластичных материалов использовать энергетическую теорию прочности, а для материалов с различными пределами текучести при растяжении и сжатии — теорию Мора. Влияние температуры и времени нагружения предлагается учитывать при помощи соответствующего выбора коэффициента запаса прочности. [c.154]

Ер — эксиериметгтальное значение модуля упругости. Указанное соот-пошение действительно для температур, близких к абсолютному нулю. Техническая прочность оказывается значительно ниже теоретической. Как известно, размеры и форма испытуемого образца полимерного материала оказывают влияние на величину его удельной прочности. Большое влияние на прочность материала оказывает состояние его поверхности. В настоящее время является общепринятой статистическая теория распределения внутренних и внешних дефектов (трещин) в материале (Иоффе, Александров, Журков), исходящая из положения о действии механизма, концентрирующего среднее напряжение, приложенное к материалу на площади, в сотни и тысячи раз меньшей площади сечения испытуемого образца. Эта теория рационально объясняет наблюдаемое расхождение между значениями теоретической и технической прочности материалов. Поливиниловый спирт и его производные являются (при соответствующей их обработке) материалами макроскопически однородными. Их прочность на разрыв, как и для других полимерных материалов линейной структуры, находится в весьма характерной зависимости от степени полимеризации. До некоторой минимальной стенени нолимеризации (40—60) механическая [c.3]

Д. Д. Бикерман предложил теорию слабых граничных слоев, согласно которой адгезионная прочность определяется когезией адгезива или субстрата в адгезионном слое. Методами масс-спектрометрии, отражательной спектроскопии, по краевому углу смачивания поверхности и нередко визуально обнаруживается, что после отслоения многих покрытий на поверхности подложки отается тонкий (порядка 20—80 нм) слой полимерного материала. Усиление пленкообразователя в адгезионном слое, например, применением активных наполнителей, сшиванием цепей макромолекул, направленным регулированием [c.93]

Излагаемый материал иллюстрируется экспериментальными данными, полученными при разрушении пластиков, полимерных стекол, эласто.шеров, волокон и твердых полимерных систем с больиюй степенью поперечного сши- вания. Рассмотрены также некоторые закономерности влияния химического строения, размеров и формы макромолекул на прочность полимеров. В заключительной части книги проанализированы основные теории прочности твердых тел и полимеров. [c.2]

В последнее время сделаны попытки применить теорию Бики для описания разрушения резин Для этого исследована временная зависимость прочности резин при растяжении, а также их разрывная деформация. Применяя теорию Бики, автор работы рассматривает разрушение как результат деформации полимерных молекул в вершинах растущих трещин, приводящей затем к разрыву цепей. Таким образом, предполагается, что этот процесс в основном определяется вязкоупругими свойствами материала. [c.162]

Очевидно, что процессы, протекающие на границе раздела полимерной матрицы и упрочняющего ее наполнителя и их механизмы очень сложны и обусловлены различными и часто противоположно действующими факторами. Поэтому весьма полезно кратко проанализировать теории, пытающиеся выявить эти основные факторы. Полный их обзор дан в работе Эриксона и Плюдемана [29]. Все теории основаны на предположении о том, что для обеспечения высокой прочности композиционных материалов необходима эффективная передача усилий на все части материала от волокна к волокну через границу раздела матрица — наполнитель. Предполагается, что при этом решающую роль играет один из следующих факторов — образование химических связей между наполнителем и матрицей, смачивание поверхности наполнителя полимерной матрицей, образование на поверхности наполнителя пластически деформируемых слоев или слоев с промежуточным значением модуля или все эти факторы действуют одновременно [29]. [c.45]

Специфические капиллярные явления, процессы адсорбции и абсорбции, химические и механохимические процессы, протекающие при воздействии на стеклопластики жидких сред, затрудняют применение термофлуктуа-ционной теории и ее математического аппарата. В этой теории хрупкое разрушение в силовом поле рассматривается как термодеструкция, т. е. как химическая реакция, активируемая напряжением. Капиллярные явления приводят к ускоренному заполнению сообщающихся субмикроскопических дефектов структуры низкомолекулярным веществом. Появление на границе раздела компонентов новой фазы приводит к изменению механизма передачи усилия от наполнителя к полимерной матрице и быстрому падению прочности в начальный период контакта материала со средой. Взаи- [c.150]

Смотреть страницы где упоминается термин Теории прочности полимерных материалов: [c.28] [c.216] [c.243] [c.31] [c.90] [c.13]

Смотреть главы в:

Свойства полимеров при высоких давлениях -> Теории прочности полимерных материалов

ПОИСК

Смотрите так же термины и статьи:

Долговечность полимерных материалов. Флуктуационная теория прочности

Полимерные материалы

Справочник химика 21

Химия и химическая технология