Тепловые эффекты при механической деформации

Предполагается, что эти отклонения от закона Фика появляются вследствие различия скоростей изменений структуры полимера, обусловленного напряжениями, возникающими в среде до и после протекания процессов сорбции —диффузии. Напряжения и деформации в исходном полимере являются результатом процессов переработки, тепловой предыстории, условий кристаллизации и механической деформации в процессе проведения эксперимента и т. д. Наибольший интерес в рассматриваемом аспекте представляют напряжения, возникающие в результате набухания образца в процессе сорбции, и явления ползучести, наблюдаемые в процессе установления равновесного набухания Время, требующееся на конфигурационные изменения в эластомерах, при температурах выше их температуры стеклования является очень небольшим по сравнению со скоростью диффузии. Поэтому эти полимеры способны поглощать сорбируемое вещество, не проявляя каких-либо аномальных временных эффектов. [c.232]

Механическая деформация полимеров неизменно сопровождается тепловыми эффектами. Однако, несмотря на это, она обычно рассматривается только как чисто механическая задача. Количествен юе измерение тепловых эффектов позволило бы иметь не только важную информацию о термодинамике процесса деформации, но также способствовало бы установлению его молекулярной природы. Вследствие того что тепловые эффекты могут иногда оказывать влияние на характер деформации, а также на некоторые свойства деформированного материала, прямые термометрические измерения позволили бы оценить истинную величину этого влияния. [c.341]

В. ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ [c.345]

На рис. 253 в координатах Z — I и Q — / приведены три следующих один за другим цикла деформации, проводимых для образца полиизобутилена, взятого в виде ленты. В первом цикле, когда образец претерпевает деформацию с постоянной скоростью от А до В, на кривой — / первоначально виден небольшой эндотермический тепловой эффект появление этого пика, вероятно, связано с разупорядочением кристаллических областей в полиизобутилене, самопроизвольно возникших в процессе хранения полимера до опыта. Далее на кривой виден экзотермический пик, почти совпадающий с максимумом механической нагрузки. [c.348]

В процессе механической деформации многих материалов, в том числе полимеров, имеют место тепловые эффекты, изучение которых представляет как теоретический, так и практический интерес. Изучение тепловых эффектов помогает установить природу молекулярных процессов, происходящих при деформации. Более того, вследствие низкой теплопроводности полимеров тепловые эффекты оказывают влияние на изменение свойств деформированных образцов. [c.359]

Эти данные свидетельствуют о том, что в наноструктуре происходят коллективные превращения 7- и а-фаз в а-подобную фазу с сохранением кубической симметрии шпинели. Подобный эффект можно объяснить на основе образования двойниковой структуры. Явление двойникования известно при процессах кристаллизации, при механических деформациях и спекании зародышей. Двойникование происходит при быстром тепловом расширении или сжатии и при нагревании деформированных кристаллов [31]. [c.572]

Для регистрации тепловых процессов, сопровождающих механические деформации твердых тел, используют два типа измерений. Первый связан с регистрацией температурных изменений в процессе деформации, а второй состоит в прямом калориметрировании возникающих при этом тепловых эффектов. Простые оценки показывают, что при разумном выборе размеров образца упругая деформация таких твердых тел, как металлы или полимеры, сопровождается изменением температуры порядка 10- —10 С, и это обычно соответствует тепловым эффектам порядка 10-3 Дж Очевидно, что регистрация таких изменений температуры является задачей более простой, чем измерение столь малых количеств тепла. [c.19]

В пироэлектрических кристаллах электрическая поляризация может возникнуть не только вследствие наложения внешнего поля Е, но и вследствие изменения температуры, а в пьезоэлектрических — вследствие механических напряжений или деформаций. В свою очередь, механические напряжения и деформации могут возникнуть в кристалле из-за теплового расширения, обратного пьезоэлектрического эффекта, электрострикции. Поэтому значения диэлектрической проницаемости, измеренные при постоянной температуре гц)т или при постоянном механическом напряжении могут оказаться не совпадающими друг с другом Т — абсолютная температура, а — механическое напряжение). [c.215]

Осуществление этих процессов в действительности зависит от условий опыта. В примере с пироэлектрическим эффектом, если кристалл механически зажат , т. е. не может свободно деформироваться, то осуществится только первичный пироэлектрический эффект, а если кристалл механически свободен , т. е. может деформироваться, то тепловое расширение приведет к деформации, а опа, в свою очередь, вызовет электрическую индукцию. [c.293]

Здесь (У и е — механические напряжение и деформация, Е и В — напряженность и индукция электрического поля, Т — абсолютная температура, с — теплоемкость, — энтропия, я — упругая податливость, д. - пьезоэлектрический коэффициент, а — коэффициент теплового расширения, у — коэффициент пироэлектрического эффекта, X — диэлектрическая проницаемость (обозначение здесь не стандартно, чтобы не спутать с деформацией е). [c.295]

Такими факторами являются эффективная вязкость материала при реализуемых в литьевых машинах скоростях деформации и температурах упругость материала, обусловливающая потери давления при изменении сечения канала и поворотах потока эффект входа переход части механической энергии в тепловую при повышении температуры материала непосредственно в процессе течения влияние продолжительности нахождения резиновой смеси при повышенной температуре на ее вязкость (образование сетчатой структуры способствует резкому увеличению вязкости). [c.76]

В действительности же внешний и внутренний перемешивающие эффекты чаще всего взаимосвязаны, как, например, в случаях смесительных валков и одношнекового пресса. Однако в многошнековом прессе дело обстоит иначе. В выдавливающей зоне одношнекового пресса вследствие обратного и поперечного потоков материала возникает внешний перемешивающий эффект, а ввиду деформаций сдвига материала в плоских винтовых каналах шнека — внутренний перемешивающий эффект. В многошнековых прессах внешний перемешивающий эффект отсутствует, а внутренний перемешивающий эффект в них выражен сильнее, чем в одношнековых прессах. Деформации сдвига, возникающие в винтовых каналах сцепленных шнеков, растут по мере уменьшения зазора между боковыми поверхностями витков нарезки. Однако при сравнительно медленном вращении шнеков в многошнековых прессах напряжения сдвига не превышают критических значений. На основании изложенного можно вывести различные основные положения относительно превращения механической энергии в тепловую, значения таких характеристик привода, как мощность и число оборотов с точки зрения достижения максимальной производительности, а также определить различные области практического применения машин обоих типов. [c.36]

Можно сказать и так эффект памяти формы заключается в способности особых сплавов накапливать под воздействием внешнего механического напряжения довольно значительную деформацию, обратимую при нагреве. В зависимости от типа сплава деформация может достигать 10—15 % и выше. Парадокс заключается в том, что при восстановлении первоначальной формы мон ет совершаться работа, значительно превосходящая ту, которая была затрачена на деформацию в холодном состоянии. Однако парадокс этот кажущийся. Противоречия закону сохранения энергии здесь нет. Для восстановления первоначальной формы деталь необходимо подогреть, т. е. затратить некоторое количество тепловой энергии. И оно всегда будет больше произведенной работы. Если создать [c.135]

Необратимая деформация твердых тел определяется перегруппировкой частиц, изменением порядка их расположения при сохранении неизменными междучастичных расстояний. Изменение формы тела не сопровождается в данном случае изменением внутренней энергии. При такого рода деформации отсутствуют силы, которые могли бы вернуть частицы в первоначальное состояние. Необратимая деформация развивается во времени. Скорость необратимой деформации определяется величиной внутреннего трения. Тепловой эффект необратимой деформации обусловлен превращен ем подводимой механической энергии в тепло. [c.41]

Здесь следует привести еще одно замечание. В настоящее время предложены, формализованы и реализованы в универсальных программно-математических комплексах 130, 131, 133] более сложные математические модели поведения конструкционных материалов при деформировании, позволяющие, например, учитывать неоднородность структуры (анизотропию физико-механических свойств), термовязкопластичность (тепловые эффекты при деформациях), разупрочнение, различное сопротивление сжимающим и растягивающим нагрузкам, накопление повреждений, вязкоупругость (наследственные эффекты), упругий гистерезис (включая так называемые эффекты памяти формы ) и многие другие специфические свойства. Однако необходимо помнить, что практически каждая новая модель разрабатывалась вначале для сугубо конкретных (часто очень специфических) условий, а иногда и только для конкретного материала. В рассматриваемой здесь достаточно узкой области металлообработки большинство из вышеперечисленных специфических свойств материалов пока не выявлено, а эффект других вьфажен крайне слабо. Единственная особенность, которую следует (при наличии достоверных и полных экспериментальных данных) дополнительно включить в модель материала трубных сталей, - это ортотропия характеристик физико-механических свойств штрипсового проката (см. Раздел 3.1). [c.574]

Наиболее универсальное сочетание методов оценки деформируемости эластомеров с методами измерения скорости химических процессов, протекающих при механическом воздействии, достигается при использовании микрокалориметрических методов. Высокочувствительные микрокалориметры позволяют оценить изменения, происходящие на уровне сотых долей процента, фиксировать как тепловые эффекты, сопровождающие деформирование, так и отдельные акты химических реакций под действием напряжений. В исследованиях используют микрокалориметр Кальве с приставкой для исследования тепловыделения при окислении эластомеров в свободном состоянии и при статических деформациях. [c.414]

Связующее и металлы типа алюминия являются горючей основой топлива. Наличие металлических присадок в ТРТ обусловливает повышение теплопроизводительности топлива по двум причинам вследствие высоких тепловых эффектов экзотермической реакции окисления металла, а также благодаря увеличению содержания водорода в продуктах сгорания и отсутствию водяного пара в выхлопной струе, что снижает соответствующие потери энергии. Однако практическое применение металлосодержащих топлив связано с определенными проблемами, заключающимися в том, что образующиеся при расширении потока в сопле РДТТ твердые окислы металлов медленнее отдают тепло потоку (термическое запаздывание) и ускоряются не так быстро (скоростное запаздывание), как газообразные продукты сгорания, что приводит к потерям удельного импульса. Связующее представляет собой высокоэластичное вяжущее вещество, которое наполняют окислителем и частицами металлического горючего. Связующее в ТРТ выполняет несколько функций. Являясь важным источником горючей основы топлива, оно, кроме того, должно скреплять между собой дисперсные частицы окислителя и металла, образуя пластичную каучукообразную массу, способную выдерживать большие деформации, возникающие под действием термических и механических напряжений. Таким образом, связующее в значительной мере определяет ме- [c.38]

Согласно техническому заданию, требовалось спроектировать двигатель и выбрать соответствующие материалы, способные выдерживать механические деформации, вызываемые внутренним давлением, перегрузками, тепловыми потоками из камеры и динамическими эффектами, создаваемыми потоком продуктов сгорания. Задавались следующие выходные параметры двигателя полный импульс вдоль оси сопла (16,8- 17,7) X ХЮ Н-с диаграмма тяги, как показано на рис. 142 диаметр приблизительно 1 м длина 7,52 м угол отклонения сопла 14014/ +20 масса топлива около 7350 кг масса корпуса около 1030 кг. Полная масса, включающая вспомогательные устройства (юбки, систему отделения и пиротехнические устройства), не должна превышать 9000 кг, а время работы двигателя должно составлять от 26 до 31,5 с. Двигатель (рис. 143) имеет цилиндрический стальной корпус с эллиптической диафрагмой в кормовой части, через которую заливается заряд ТРТ. Утопленное фенол-углеродное сопло установлено под большим углом относительно оси двигателя, таким, что вектор тяги при выгорании проходит через центр масс ракеты-носителя. Термоизоляция двигателя имеет переменную толщину и химически связана с металлическим корпусом РДТТ. [c.233]

Все эти виды воздействий, естественно, осложняются соиутст-вующими воздействиями иной, не механической природы. Так, вальцевание или пе(ретирание сопровождается электронной эмиссией, образованием статического электричества [46, 46] и повышением температуры. При скоростном перемешивании растворов могут возникать кавитации, сходные с ультразвуковыми. Дробление и измельчение сопровождаются мощной электронной эмиссией [23—24] и электризацией. Под действием ультразвукового облучения [47] растворов кроме потоков с большими. лрадиентами скоростей, обтекающих макромолекулу и вызывающих ее механическую деформацию и разрыв, возникают кавитационные пустоты, пузырьки, могущие нести электрические заряды на поверхности. Исчезновение схлопывания этих кавитационных полостей помимо возникновения ударной волны в среде сопровождается и рядом электрических явлений и т. д. Электрогидравлический эффект [48, 49] кроме механической составляющей — ударной волны сопровождается также тепловыми и электрическими явлениями и т. д. [c.12]

Одной из причин увеличения скорости разрушения полимеров. уожет быть разогрев материала в местах перенапряжений и в вершинах микротрещин. При этом повышение температуры у вершин трещии может значительно превышать разогрев образца в целом. С повышением температуры в местах концентрации напря жений скорость образования и роста микротрещин возрастает, долговечность уменьшается. При однократном растяжении механические потери малы и существенного эффекта не вызывают. При малом числе циклов локальное повышение температуры также незначительно и долговечность практически совпадает с расчетной. С увеличением числа циклов температура в местах концентраций напряжений заметно возрастает, стремясь к некоторому предельному значению, при котором устанавливается тепловой баланс кол чество выделяющегося за цикл тепла равно количеству тепла, рассеивающегося за счет теплопроводности материа-,ла. Поэтому при большом числе циклов тепловые эффекты максимальны и долговечность снижается до значений, соответствующих долговечности при повышенных температурах. Чтобы объяснить наблюдаемое расхождение долговечности полиметилметакрилата с результатами расчета, достаточно предположить, что в местах концентрации напряжений происходит повышение температуры на 30—50 °С. Локальный разогрев происходит и в резинах прн многократных деформациях. [c.210]

Рис. 6. Милликалоримстр (схема) для измерения тепловых эффектов прп механической деформации 1 — цилиндры 2 — капилляр з — термостат 4 — образец 5— дифференциальный манометр в— следящая система 7 — нагреватель.

Тепловой эффект растяжения натурального каучука был подроб1 о изучен Джоулем в связи с его работами по определению механического эквивалента тепла поэтому тепло, выделяющееся при деформации, часто называют джоулевым, теплом. [c.164]

Между основными воздействиями и эффектами существуют не только указанные связи. Механическое напряжение ст может также вызвать электризацию кристалла вследствие пьезоэлектрического эффекта (отрезок 7 на схеме) или н<е изменить энтропию из-за пьезокалорического эффекта, т. 6. нагревания, вь званного механическим воздействием (отрезок 8 на схеме). Электрическое поле может создать деформацию кристалла при обратном пьезоэлектрическом эффекте (линия 9) или вызвать изменение температуры из-за описанного в 39 электрокалорического эффекта (линия 10). Наконец, нагревание или охлаждение может привести к механической деформации из-за теплового расширения 11) или к появлению электрической поляризации вследствие пироэлектрического эффекта 12). [c.293]

Скорость релаксационных явлений по мере разбавления полимера растворителем увеличивается и при достаточно низких концентрациях студней и растворов настолько значительна, что при обычных скоростях деформации не вызывает никаких аномалий. Такие студни ведут себя как упругие тела, подчиняющиеся закону Гука, а растворы близки по своим свойствам к ньютоновской вязкой жидкости. Существенное различие возникает в промежуточной области концентраций. Дело в том, что по мере разбавления полимера растворителем происходит непрерывное изменение вязкости в сторону ее умень-щения. Поэтому введение растворителя влияет на механические свойства полимера так же, как повышение температуры, если только между растворителем и полимером нет значительного энергетического взаимодействия, проявляющегося в тепловых эффектах. [c.167]

Поскольку новые методы исследования тесно связаны со стереорегулярностью полимеров, в книге приведена отдельная глава но определению микротактичности. Только одна глава книги — фракционирование—составлена с препаративной точки зрения. Но даже в этом случае выбраи один метод — экстракционная хроматография применительно к полиолефинам. В шести главах изложены методы, которые можно отнести к категории оптических. К ним относятся использование поляризованного излучения и дейтерированных образцов в инфракрасной спектроскопии, двойное лучепреломление и светорассеяние твердыми полимерами, дисперсия оптического вращения, поляризационная флуоресценция, дифракция рентгеновских лучей под малыми углами и дифракция электронов. В главе о ядерном магнитном резонансе рассматриваются только спектры высокого разрешения. Двумя термометрическими методами являются дифференциальный термический анализ и новый метод измерения тепловых эффектов при механической деформации. Остальные пять глав посвящены свойствам растворов и некоторым другим свойствам светорассеянию и осмометрии при повышенных температурах, ультрацентрифугированию в градиенте плотности, двойному лучепреломлению в потоке, эластоосмометрии и полимерным монослоям. [c.7]

Рис. 247. Схема милликалориметра для измерения тепловых эффектов при механической деформации.

Если промежутки времени между деформационными циклами делать меньше, то отдельные тепловые импульсы будут короче. При достаточно высоких частотах обратимые тепловые эффекты компенсируют друг друга и поэтому проявляется только небольшая часть тепла, обусловленная необратимым рассеянием энергии при высокоэластической деформации. Результаты такого эксперимента приведены на рис. 256 на примере ленты полиамида (10 см), подвергнутой холодной вытяжке, к которой приложена синусоидальная нагрузка одинаковой амплитуды, но различной частоты (6—33 цикл1сек). Так как рассеяние тепла в процессе периодической деформации материала тесно связано с его способностью к восстановлению исходного состояния, то механические потери могут быть определены путем измерения тепловых эффектов, сопровождаюш,их периодическую деформацию [3]. [c.352]

На рис. 258 приведены кривые в координатах — t и X — I при пластической деформации олова. В точке В наблюдается значительная релаксация напряжения в образце и только небольшой тепловой эффект сопровождает снятие напряжения. В этом случае 97% механической энергии рассеивается в виде тепла, а внутренняя энергия возрастает только на 0,01 кал1г, в чем и заключается причина того, что прочность олова при растяжении почти не возрастает. [c.352]

Количественное соотношение метаду вязкостью и обусловленным ею тепловым эффектом является примером общего соотношения между деформацией и тепловой энергией. Значительной деформации соответствуют малые тепловые эффекты. Исследование механических свойств позволяет установить ряд физикохимических превращений веществ, которые не улавливаются термометрическими методами. По этой причине изучение вязкости и других механических свойств играет исключительную роль при исследовании коллоидных и аморфных веществ. [c.33]

Релаксационные процессы в полимерах влияют на процессы разрушения во всех прочностных состояниях, включая и атермический процесс разрушения. В различных температурных областях полимера (см. рис. 7.1) наблюдаются три основных механизма разрушения атермический, термофлуктуационный и релаксационный (см. табл. 7.1). В кристаллических полимерах ниже температуры плавления наблюдаются первые два механизма. При атермическом механизме (область самых низких температур) тепловое движение не может оказать существенного влияния на прочность полимера, так как время ожидания флуктуации Тф превышает время атермического разрушения Тк- Однако слабое тепловое движение в этой области температур приводит к мелкомасштабным релаксационным переходам. Такие переходы характеризуются слабыми максимумами механических и диэлектрических потерь (у- и р-переходы) и вызывают увеличение энергии разрушения и прочности в областях переходов. В наиболее чистом виде термофлуктуационный механизм проявляется в области хрупкого разрушения, хотя н здесь возможны слабые (Y и -переходы, приводящие к неупругим эффектам в концевых зонах микротрещин в отсутствие высокоэластической деформации. Последняя наблюдается в концевых зонах микротрещин при переходе через температуру Тхр и выше, в области квазихрупкого разрушения. В итоте перенапряжения в концевой зоне сильно снижаются, но термофлуктуационный механизм разрушения остается тем же, что и при хрупком разрыве. [c.240]

Для вторичного полимерного сырья, которое измельчают на ножевых дробилках, первостепенное значение имеют процессы диспергирования. Отмечено, что при равных энергозатратах для измельчения частиц более эффективным является кратковременное воздействие высоких напряжений сдвига, чем длительное воздействие низких напряжений. Достижению гомогенного распределения частиц не обязательно должны предшествовать высокие напряжения сдвига или п юцессы преобразования механической энергии в тепловую. Однородность распределения зависит от скорости и продолжительности воздействия напряжения, т. е. определяется деформацией сдвига (при этом следует учитывать имеющий место специфический массоперенос так, в зависимости от соотношения продольного и поперечного потоков может получиться разный эффект распределения). [c.121]

Чувствительность перерабатывающих машин к содержащимся в смесях частицам посторонних веществ практически не проявляется при прессовании и прессовом спекании. Прессование в своей обычной форме (в холодных и горячих пресс-формах) по экономическим соображениям представляет интерес для рассматриваемых материалов. Прессовое спекание проводят при повышенных температурах пресс-форм, причем порошок или гранулят полимера спрессовывают при температуре ниже температуры плавления [190, 191]. Благодаря быстрому повышению формуемости смеси с ростом температуры достигается практически полное соприкосновение всех частиц. Время и температура действуют идентично механическая связь при данной температуре тем прочнее, чем длительнее тепловое воздействие при температурах немного ниже температуры плавления влияние времени уменьшается из-за высокой скорости диффузии. При деформации частиц нужно учитывать локальное повышение температуры. При прессовом спекании, кроме того, используется такой же эффект, как и при агломерации, когда один или несколько компонентов с низкой температурой плавления, такие, как СЭВА и ПЭНП, нагреваются выше температуры плавления. [c.139]

Ответ на вопрос, почему в одном случае релаксация после прекращения течения анизотропных растворов ПБА происходит с получением разориентированного препарата, а в другом — с образованием стабильных во времени доменов, до сих пор неоднозначен. Тем не менее, обсужденный ранее [6, 17] механизм образования доменов, обусловленный проявлением жидкими кристаллами ПБА пьезоэффекта, представляется весьма перспективным. Быстрое деформирование приводит к диспергированию структурных элементов (фрагментации жидкого кристалла), что затрудняет возможность создания при релаксации высокоупорядоченных структур, хотя, судя по данным ИК-спектроскопнческого метода и метода малоуглового рассеяния света, имеется тенденция к доориентации препарата при остановке течения. При медленном деформировании (пластическом течении) энергии теплового движения недостаточно, чтобы препятствовать молекулярной поляризации (здесь необходимо иметь в виду и обсужденную раньше тенденцию искаженной системы к восстановлению исходной текстуры). Такая поляризация может происходить по механизму пьезоэлектрических или магнитострикционных эффектов, тем более что по окончании деформирования на участке / кривой течения (рис. 111.18), близком к пределу текучести, весьма вероятно высвобождение большой доли обратимой (упругой) деформации. Однако высокоориентированный препарат (<р<15°) оказывается неустойчивым и распадается на систему антинараллельных доменов в форме трехгранных призм с общими гранями (стенками), в которых направление молекулярной поляризации меняется на обратное. Вероятность появления таких доменов может быть усилена наличием гомеотропной текстуры в пристенном слое препарата [82]. (Подробнее о морфологии и структуре механических доменов в анизотропных растворах поли-я-бензамида (ПБА) см. в [6, 17, 82].) [c.202]