Вынужденно-пластическое состояние

Б. Распространение трещины в пластическом материале перпендикулярно приложенному напряжению Это вид разрушения, при котором трещина постепенно распространяется поперек волокна под действием возрастающей нагрузки и (или) деформации и раскрывается в форме -образного надрыва вследствие стабильного состояния вынужденной эластичности (последние стадии процесса вытяжки) оставшегося материала трещина проходит в область последнего катастрофического ослабления материала, наступающего в момент, когда напряжение в оставшейся суженной части поперечного сечения достигает критического значения (рис. 8.20). [c.267]

Все предложенные объяснения явления вынужденной эластичности сводятся к тому, что это явление вызвано смещением сегментов соседних цепей при изменении конформационного состояния последних. В процессе вынужденной эластичности неориентированных термопластов в цепях не образуется больших осевых напряжений и даже не обнаруживается никакого разрыва цепей при деформациях, меньших деформации вынужденной эластичности у. Вынужденная эластичность соответствует началу сильного ориентационного деформирования. Обычно она сопровождается уменьшением сопротивления материала деформированию, уменьшением поперечного сечения образца в плоскости, перпендикулярной к направлению пластического растяжения, и повышением температуры вследствие частичного превращения механической работы в тепло. Ослабление материала и его термическое размягчение при постоянном значении истинного напряжения приводят к пластической нестабильности. При растяжении образца вдоль его оси эта нестабильность становится очевидной вследствие [c.305]

Пластическое деформирование особенно проявляется в полимерных материалах. Электронные микрофотографии, представленные в гл. 8, достаточно убедительно свидетельствуют об этом факте. Поэтому необходимо исследовать, можно ли применить метод механики разрушения, разработанный для упругих материалов, для упругопластических твердых тел и как это сделать. Хорошо известно [3—7] влияние пластического деформирования на распределение напряжения при вершине трещины. Например, при квазиупругих условиях деформирования упругопластический материал начинает пластически деформироваться, как только состояние напряжения удовлетворяет критерию вынужденной эластичности или течения. Пластическое деформирование начинается в области наибольших напряжений, т. е. вблизи вершины трещины оно ограничивает составляющие напряжения пределом вынужденной эластичности Для поддержания механического равновесия должны увеличиться напряжения в более отдаленных областях (до значения предела вынужденной эластичности). Таким образом, пластическое деформирование характеризуется увеличением эффективной длины трещины [3—7]. Существуют два общих метода расчета эффективного расширения трещины при пластической деформации, которые основаны соответственно на критерии вынужденной эластичности Мизеса [6] и рассмотрении Ор в качестве дополнительного напряжения сжатия [7]. [c.339]

Из того факта, что значительная локальная пластическая деформация имеет место даже при быстром деформировании полимера, находящегося в стеклообразном состоянии в условиях концентрации напряжений, непосредственно следует, что молекулярные свойства, которые влияют на вынужденную эластичность и текучесть материала, также оказывают влияние и на Ос, а следовательно, на ударную вязкость. Данные, собранные в табл. 9.1, демонстрируют эту зависимость Ос от температуры, скорости деформации и молекулярных свойств. Во многих упомянутых работах (например, [14, 19, 22, 24, 25, 54, 63, 64, 212—214]) указывается на возможность существования связи между процессами молекулярной релаксации и энергии разрушения поверхности полимеров. [c.409]

Наиболее опасен хрупкий разрыв, поэтому он всесторонне исследуется экспериментально и теоретически. Этот вид разрух шения не сопровождается пластическими или вынужденными высокоэластическими деформациями в объеме образца и вблизи трещины. Квазихрупкое разрушение сопровождается лишь локальной неупругой деформацией вблизи вершины трещины. Хрупкое и квазихрупкое разрушение могут происходить в зависимости от свойств твердых тел по-разному (рис. 4.2). Так, если сопротивление образца растяжению меньше, чем сдвигу, то про исходит отрыв (поз. 1) в противоположном случае разрушение происходит в форме косого скола обычно в плоскости под углом 45°, где наблюдаются максимальные касательные напряжения (поз. 2). В первом случае реализуется тип напряженного состояния 1, а во втором — II. При поперечном растяжении концов об- [c.61]

Предельным состоянием полимера часто называют такое напряженное состояние, при котором дальнейшее повышение напряжений сопровождается процессом вынужденной высокоэластической деформации, являющейся аналогом пластической деформации в металлах. При совмещении в одном аналитическом выражении условий хрупкого разрушения и вынужденного высокоэластического течения можно получить так называемые обобщенные критерии предельного напряженного состояния. Необходимость в разработке таких обобщенных критериев возникает в связи с тем, что в ряде случаев при изменении вида напряженного состояния или условий эксплуатации происходит изменение условий предельных переходов. [c.63]

Переработка полимеров связана с изменением их физического состояния в результате нагревания или, наоборот, охлаждения. В производстве пленок процессы формования происходят зачастую в переходных областях в области температуры стеклования — ориентация пленок, основанная на явлении вынужденной эластичности в области температуры текучести — каландрование поливинилхлорида и получение полых изделий из жестких пленок методами вакуумного и пневматического формования, при которых основную роль играют пластические деформации полимера. В этих областях в наибольшей степени проявляются релаксационные процессы, зависящие от температурно-временного режима переработки и свойств перерабатываемого полимера. [c.49]

В этой главе рассмотрены механизмы разрушения и теория прочности твердых полимеров — некристаллических (полимерные стекла) и кристаллических (пластмассы, волокна и пленки). В хрупком и квазихрупком состояниях при разрушении ведущим процессом является термофлуктуационный разрыв химических связей, а в пластическом (вынужденном высокоэлас- [c.189]

Подобные измерения проведены Ю. С. Лазуркиным для многих полимеров, находящихся в стеклообразном состоянии. В отличие от металлов полимерные тела обнаруживают существенную зависимость предела вынужденной эластичности от скорости механического воздействия. Это еще раз свидетельствует о коренном отличии характера деформаций металлов (пластические) от деформации полимеров (вынужденно-эластические). Кривые растяжения полиметилметакрилата при разных скоростях растяжения приведены на рис. П. 10. [c.138]

При изучении свойств ориентированных материалов следует иметь в виду, что в них всегда имеются внутренние напряжения, влияющие на характер деформации, в чем легко убедиться, растягивая образцы в направлении, не совпадающем с направлением исходной ориентации. При этом увеличение деформации приводит к появлению дополнительного свободного объема вследствие разрыхления материала. В результате, как полагают величина свободного объема, необходимого для перехода в высокоэластическое состояние, достигается прежде, чем при простом нагревании в отсутствие механического напряжения. Тогда при действии механической силы будут наблюдаться большие вынужденно-эластические деформации, которые, однако, неверно названы пластическим течением . [c.158]

Из рис. VI.20 можно сделать вывод о важной роли объемных эффектов (или гидростатического давления) в оценке критического напряженного состояния полистирола. Последовательное рассмотрение влияния этих эффектов на условие достижения предельных состояний аморфных полимеров (определяемых по пределу текучести пли пределу вынужденной высокоэластичности) показало [35], что необходимо различать две независимые формы критических состояний — по нормальному напряжению, приводящему к образованию микротрещин, и по касательному напряжению, обусловливающему возникновение пластических деформаций. [c.247]

В обшем случае, как уже говорилось, в склеиваемых слоях и слоях клея наряду с упругими деформациями е могут быть реализованы обратимые истинные или вынужденные (при Г< <.Тс) высокоэластические ги, необратимые или пластические температурные е , усадочные (от фазовых превращений или химической реакции) 8са, влажностные Zhk и т. п. деформации. Здесь мы не будем учитывать в этих слоях деформаций е и ей°. В пограничных слоях всегда будут учитываться только упругие деформации. Кроме того, ограничимся рассмотрением лишь однородного распределения полей температуры и содержания влаги в слоях. На фоне этих огрубляющих постановку задачи предположений следующие предположения для температурных и влажностных деформаций могут оказаться не столь существенными. Для этих деформаций, предполагая их независимость от наряженного состояния, воспользуемся известными простыми соотношениями [c.119]

Несомненно то, что первопричиной разрушения адгезионного соединения при действии постоянной нагрузки (в отсутствие воздействия агрессивных сред) является развитие неупругих деформаций материалов, из которых изготовлено соединение. В данном случае мы предполагаем, что субстрат ведет себя как упругое тело, а релаксационное поведение (т. е. наличие неупругих деформаций) свойственно лишь адгезиву, т. е. в адгезиве в стеклообразном состоянии наряду с упругими, температурными, деформациями химической усадки, набухания и др. развиваются неупругие вынужденные высокоэластические деформации (в. э. д.) е (обратимые со временем, но не в фазе с напряжением) и пластические е° (необратимые) деформации. Например, в эпоксидных смолах, которые часто используют в качестве клеев и связующих в композитах, обычно не наблюдается необратимых (пластических) деформаций, а проявляются лишь вынужденные высокоэластические е (по иной терминологии — вязкоупругие деформации) [28]. [c.223]

Характер деформации полимера до момента образования очагов разрушения зависит от физического состояния полимера и температуры. Для стеклообразных и кристаллических полимеров ниже температуры хрупкости деформации очень малы и полностью обратимы, как для всякого твердого тела. В интервале от температуры хрупкости до температуры стеклования для полимеров характерны вынужденные эластические деформации. Выше температуры стеклования вплоть до температуры текучести проявляются высокоэластические деформации, вблизи температуры текучести высокоэластические деформации сопровождаются пластическими, необратимыми, и при температуре текучести полимер под действием внешней нагрузки течет как вязкая жидкость. [c.98]

Термофлуктуационный механизм осложняется тем, что релаксационные процессы проявляются в полимерах тем отчетливее, чем выше температура. Так, по мере перехода к высоким температурам в микрообъемах перенапряжения проявляется вынужденная эластическая деформация. Вначале этот релаксационный процесс приводит к высокоэластическим деформациям в местах концентрации напряжений, главным образом у вершины микротрещин (термо-флуктуационно-релаксационный ме.ханизм), а затем при более высоких температурах — к образованию трещин серебра , стенки которых связаны между собой микротяжами (релаксационный локальный механизм разрушения). Выше температуры стеклования в высокоэластическом состоянии господствующими являются релаксационные процессы и механизмы разрушения приобретают резко отличительные черты (в табл. 11.2 — вязкоупругий механизм разрушения). Здесь в местах концентраций развивается локальное вязкое течение, которое приводит к образованию так называемых надрывов , являющихся аналогами трещин в хрупком состоянии. На схеме прочностных состояний (рис. 11.4) указаны области действия различных механизмов разрушения некристаллических полимеров, а также область пластического состояния между температурой пластичности и температурой текучести Т . Разрушение в [c.289]

Линейные аморфные полимеры в зависимости от температуры могут находиться в трех достаточно четко разграниченных физических состояниях [146, 162—165] стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем, ограниченных температурой стеклования Тс и температурой текучести Тт- Кроме этих основных физических состояний при более детальном изучении особенностей деформации в зависимости от температуры выделяют еще два промежуточных (переходных) состояния вынужденно-эластическое и вынужденно-пластическое [166, 167]. Первое из них является частью о бласти стеклообразного состояния па границе с высокоэластическим, а второе — частью области высокоэластичеокого состояния на границе с вязкотекучим. [c.53]

Таким образом, если Журков с сотр. [3.1, 3.2] считает, что кинетика разрушения твердых полимеров в основном определяется разрывом химических связей, то Шишкин [3.30] полагает ответственными за кинетику разрушения и прочность полимеров межмолекулярные силы. Для высокопрочного состояния полимеров это физически обоснованно, так как высокие значения прочности могут превышать значения пределов пластичности этих материалов, как это имеет место в неорганических стеклах в квазихрупком и тем более в пластическом состоянии. Отличие заключается лишь в том, что в неорганических стеклах ответственными за прочность и пластичность являются одни и те же химические связи (в силикатных стеклах вязкое течение является химическим течением материала), а в линейных полимерах ответственными за пластичность (вынужденную высо-коэластичность) являются силы межмолекулярного взаимодействия, а за прочность могут быть ответственными (могут яв- [c.49]

Положение здесь, в. сущности, совершенно такое же, как и наблюдаемое при разрастании трещин в металлах, где получаемые значения 7 оказываются существенно большими, чем предсказываемые теоретически. Этот эффект Орован объяснял пластическими деформациями стали.. Совершенно аналогичное объяснение дается для стеклообразных полимеров с очевидной заменой перехода в пластическое состояние для стали достижением предела вынужденной высокоэластичности (квазипластичности) для полимера. [c.234]

Даже при таких малых деформациях кажущийся модуль Юнга зависит от скорости деформирования. Это указывает, что Е неоднозначно определяется энергией упругого деформирования угловых связей в цепях, длиной связей и межмолеку-лярными расстояниями, но, кроме этого, характеризуется чувствительностью ко времени смещений атомов и небольших атомных групп. В следующей области деформации (1—5%) напряжение и деформация уже не пропорциональны друг другу. Здесь происходят структурные и конформационные перестройки, которые обратимы механически, но не термодинамически. В этом случае говорят о неупругом (вязкоупругом в узком смысле), или параупругом, поведении. За пределом вынужденной эластичности начинается сильная переориентация цепей и ламеллярных кристаллов, а сам процесс обычно носит название пластическое деформирование . Под чисто пластическим деформированием можно понимать переход от одного равновесного состояния к другому без внутренних напряжений. Последнее особенно важно в связи с тем, что следующая после предела вынужденной эластичности деформация связана главным образом с механически обратимыми неупругими конфор-мационными изменениями молекул, а не с их перемещением друг за другом. До тех пор пока не достигнуто состояние равновесия с помощью соответствующей термообработки, сильно вытянутые образцы могут в значительной степени возвращаться в исходное состояние после снятия напряжения. Исходя из содержания настоящей книги, основное внимание следует уделять не процессам, вызывающим или сопровождающим молекулярную переориентацию (которая в основном понимается как эффект упрочнения), а процессам повреждения, т. е. разрыва цепи, образования пустот и течения. Последние процессы постепенно нарастают в области деформаций сразу же за пределом вынужденной эластичности вплоть до окончательного разрушения. К числу процессов, вызывающих повреждения, следует также отнести явление вынужденной эластичности при растяжении или образование трещины серебра в стеклообразных полимерах, которые будут рассмотрены в гл. 9. [c.38]

Предельные состояния обычно изображаются с помощью некоторых поверхностей в пространстве главных напряжений. При монотонном изменении свойств полимера под действием внешнега воздействия происходит соответствующее мбнотонное изменение предельных поверхностей. Для получения обобщенного критерия предельного состояния чаще всего используют двойственную модель твердого деформируемого тела [11.8] с целью аналитического расчета свойств хрупкости и вынужденной эластичности проявляющихся при деформировании реальных твердых полимеров. В двойственной модели деформация представляется в виде суммы двух составляющих, обусловленных хрупкими и пластическими свойствами полимера. Таким образом, вводятся два параллельных реологических элемента, описывающих отдельно хрупкие и пластические свойства полимера. Иногда в реологическую модель включают элемент разрушения для того, чтобы связать процесс деформирования с процессом разрыва связей, что особенно существенно для полимеров. [c.285]

Высокоэластическая деформация, вынужденно-эластическая деформация стеклообразных полимеров, пластическая деформация кристаллических полимеров приводят к развертыванию молекулярных клубков и ориентации макромолекул в нанравлении действия силы. Ориентированные эластомеры можно охладить до Т<Тс и таким образом зафиксировать состояние ориентации макромолекул. Все ориентированные полимеры имеют одно общее свойство их прочность и модуль упругости при растяжении в направлении ориентации много больше, чем у неориентированного полимера, а гфочность и модуль при деформации в перпендикулярном направлении ме]Н)Ше, чем у исходного пеорисптиронанпого полимера. [c.191]

В стеклообразном и кристаллическом состояниях полимеры способны к чисто упругой (гуковской), вынужденно-эластической деформациям, а также к деформации ползучести. В высоксэласти-ческом состоянии доминирует высокоэластическая деформация. В вязкотекучем состоянии преобладает необратимая пластическая деформация, сопровождающаяся также обратимой высокоэластической. [c.44]

Первое объяснение предпочтительнее. В квазихрупком состоянии пластическая (вынужденная высокоэластическая) деформация в вершине движущейся трещины сопровождается механическими потерями первого вида. При большой скорости выделяемая теплота не успевает отводиться, и трещина при повышенной локальной температуре растет ускоренно. На участке ВО (см. рис. 5.6) происходит переход от изотермического режима к адиабатическому, и скорость роста трещины вместе с локальной температурой увеличивается быстро вплоть до субкритической скорости, которая, как и модуль упругости, слабо зависит от температуры, если разогрев не приводит к плавлению. Пройсс [7.33] наблюдал на поверхности разрушенного полиэтилена следы расплавленного материала. Локальный разогрев в растущей трещине наблюдался экспериментально [7.30]. Эта проблема будет обсуждаться далее при рассмотрении циклической долговечности. [c.209]

Однако если изложенное справедливо для аморфного полипропилена, то неожиданным оказывается появление деформируемости ниже Гс у образцов с хорошо выраженной кристаллической структурой, у которых, как известно [7], плотность выше по сравнению с соответствующими аморфными стеклообразными материалами. Поэтому для объяснения высокой деформируемости кристаллического полипропилена ниже Гс следует принять, что либо при температурах ниже Гс реализуется пластическая деформация кристаллов, либо кристаллизация гибкоцепных полимеров может способствовать проявлению вынужденной эластичности даже в области хрупкого состояния соответствующих стеклообразных материалов. Чтобы ответить на этот вопрос, пами был изучен характер обратимости таких деформаций. Оказалось, что если деформированный образец перенести из термостатируе-мой кюветы на воздух, т. е. в условия комнатной температуры, то деформация полностью самопроизвольно уничтожается, что свидетельствует о ее высоко эластической природе. [c.337]

Степень влияния различных факторов (вероятность наличия опасного дефекта, изменение фактической скорости деформации, и т.д.) зависит от релаксационного состояния полимера в соединении. При хрупком разрушении прочность соединения увеличивается при уменьшении толщины прослойки -в основном, по-видимому, из-за уменьшения вероятности наличия опасного дефекта. При пластическом — вследствие изменения ее реологических свойств. В первом случае изменение температуры испытаний не оказывает существенного влияния на прочность соединений, во втором случае температура влияет значительно. Разумно предположить, что в промежуточной области, т. е. при вынужденноэластическом характере разрушения адгезионных соединений, прочность не зависит от толщины полимерной прослойки. Последнее может быть не связано с реализацией в этом случае адгезионного вида разрушения соединений, так как независимость прочности от толщины слоя при вынужденно-эластическом характере )азрушения свойственна и для свободных полимерных пленок 48]. [c.47]

На рис. 5.32 схематически изображены образцы полимера, растягиваемого па воздухе с образованием шейки (а) и деформируемого в адсорбционно-активной жидкости (б). В обоих случаях в образцах уже сформировалась зона пластически ориентированного полимера — участок шейки при деформированиг на воздухе (а) и проросшие через все поперечное сечение микро трещины, внутри которых содержится ориентированный поли мер (б). Область локализованного перехода полимера в ориен тированное состояние обозначена на рис. 5.32 жирной черной чертой. Рис. 5.32 соответствует ситуации, при которой в обоих случаях происходит развитие вынужденной эластической деформации в условиях стационарного напряжения (область плато па кривых растяжения). Дальнейшее растяжение приводит к [c.148]

Начнем с вязкотекучего состояния. В случае изолированных молекул протекают оба механизма деформации максвелловский, когда течение стимулируется упругими силами, и диффузионный, когда течение осуществляется элементами тепловых пружин . При этом течение будет описываться только суммой мгновенноупругих и пластотеских деформаций. Высокоэластические деформации будут отсутствовать. Этот двойственный механизм течения сохранится и в конденсированном полимере, когда в процессе течения участвует множество молекул. В отличие от двух изолированных молекул, в конденсированном полимере наряду с перемещением центров тяжести целых молекул будет происходить вследствие корреляции по цепям (по Александрову) также и растяжение тепловых пружин при напряжении Е -Ввд. Иначе говоря, пластическое течение будет сопровождаться вынужденно-эластической деформацией. Если полимер в этом состоянии охладить, вынужденноэластические деформации будут заморожены . Однако стоит такой образец нагреть выше Тс полимера, часть остаточных деформаций уменьшится точно на величину вынужденноэластических деформаций. Уравнение деформаций полимера, соответствующее состоянию при а = onst, носле интегрирования уравнения (И1,10) и с учетом уравнения (П1, 5) будет следующим [c.106]

Большие деформации полимеров в стеклообразном состоянии обычно объясняют явлением вынужденной эластичности. Изучение этого вида деформации было начато в работах Александрова и Лазуркина [40, 41] и продолжается до последнего времени [42—57], причем расширяются представления об этом виде деформации. Характерной особенностью процесса вынужденной высокоэластической деформации (ВВЭД) является явно выраженная локализация, вызванная неоднородностью структуры [45, 51]. Процесс ВВЭД сближается с пластической деформацией благодаря термодинамической необратимости. При развитии ВВЭД помимо затрат работы на развитие эластической деформации упругого последействия и на увеличение упругой энергии часть работы переходит в тепло. Вынужденная высокоэластическая деформация похожа на пластическую (например, металлов) таким чисто внешним признаком, как образование шейки. В то же время ВВЭД отличается геометрической обратимостью, а такой характерный признак ВВЭД, как образование шейки, — типично кинетический процесс [51]. [c.138]

Внешняя общность вынужденно-эластических деформаций полимеров и пластических деформаций ндликристаллических низкомолекулярных тел, по-видимому, все же не вполне случайна, и здесь может быть установлен ряд аналогий, имеющих физическое основание. Действительно, в обоих случаях сопоставляемые явления носят критический характер и связаны с появлением молекулярной подвижности. Но в низкомолекулярных телах эта подвижность реализуется в течении, а в полимерах между твердым и текучим состояниями лежит специфическая область высокоэластического поведения, поэтому молекулярная подвижность выражается в развитии высокоэластических деформаций. [c.223]

Таким образом, общим является то, что в критической точке (пределе вынужденной эластичности и пределе текучести) резко воз- растает молекулярная подвижность, а различием —,то, к чему это приводит. Общность критического состояния обусловливает возможность применения очень многих подходов и результатов, сложившихся и разработанных для расчета предела текучести, к анализу условий образования шейки в стеклообразных полимерах. Кроме того, резкая негомогенность деформаций при образовании шейки позволяет говорить о переносе целых структурных блоков — доменов, связанных проходными цепями. Тогда движение крупных структурных единиц представляет собой пластическое течение, а высокоэластичность деформаций в целом обеспечивается изменением конформаций проходных цепей, т. е. большие деформации развиваются как пластические, но при нагревании полимера выше начинает сказываться высокоэластичность проходных цепей, которая не была заметна и никак не проявлялась в процессе развития шейки. Вследствие этого сам процесс развития шейки можно трактовать как аналог пластического течения . Хотя такой механизм переноса относительно крупных структурных блоков в большей мере относится к кристаллиззтащимся полимерам, существование структуры в аморфных стеклообразных полимерах позволяет предположить, что и для них аналогия между образованием шейки и пластическим течением низкомолекулярных тел имеет смысл. [c.223]

Максимальное повышение трещиностойкости проявляется при такой толщине клеевого шва б, которая соответствует диаметру зоны локальных пластических (или вынужденных высокоэластических) деформаций в вершине растущей трещины (б = 2гпл). Если жесткие субстраты стесняют зону неупругих деформаций в вершине трещины (б<2гпл), то длина этой зоны растет при сохранении объема (рис. 3.8), а максимальные сдвиги деформации развиваются не в плоскости трещины. Увеличение степени стеснения приводит к изменению механизма разрушения с псевдохрупкого на псевдопластичный, что проявляется в изменении диаграммы разрушения, на которой пики гребенки , отражающей отдельные акты распространения трещины в образце, становятся менее острыми и более протяженными вследствие пластических деформаций. Другими словами, нестабильному, скачкообразному росту трещины предшествует ее медленный рост, характерный для интенсивного развития пластических деформаций при плоско-напряженном состоянии. [c.70]