Релаксация напряжения и скорость деформирования

Чисто эластическое деформирование механически полностью обратимо и не связано с разрывом цепи или ползучестью. Однако в реальном каучуке, как и в любом вязкоупругом твердом теле, энергетическое и энтропийное упругое деформирование представляет собой вязкое течение. Отсюда следуют релаксация напряжения при постоянной деформации, ползучесть при постоянной нагрузке и диссипация энергии при динамическом воздействии. Поэтому при моделировании макроскопических механических свойств вязкоупругих твердых тел даже в области деформации, где отсутствует сильная переориентация цепей, следует использовать упругие элементы с демпфированием, содержащие пружины (модуль G) и элементы, учитывающие потери в зависимости от скорости деформирования (демпфер, характеризующийся вязкостью ti). Простейшими моделями служат модель Максвелла с пружиной (G) и демпфером (ti), соединенными последовательно, и Фохта—Кельвина с пружиной (С) и демпфером, соединенными параллельно. В модели Максвелла время релаксации равно t = t]/G, а в модели Фохта—Кельвина то же самое время релаксации более точно называется временем запаздывания. В феноменологической теории вязкоупругости [55] механические свойства твердого тела описываются распределением основных вязко-упругих элементов, характеризуемых в основном временами релаксации т,-. Если известны спектры молекулярных времен релаксации Н(1пт), то с их помощью в принципе можно получить модули вязкоупругости [14Ь, 14d, 55]. Зависимый от времени релаксационный модуль сдвига G t) выражается [c.39]

Отсюда можно определить 8о, если заданы длительность деформирования д и начальное напряжение ан, или можно определить д, если заданы ео и Он. В действительности осуществить мгновенное деформирование невозможно. Деформация, которая в процессе релаксации напряжения поддерживается постоянной, задается за конечный промежуток времени д. В этом случае ход кривой релаксации напряжения при t>tд небезразличен к значению tц (или к скорости задания деформации). [c.12]

Влияние скорости деформирования на релаксацию напряжения [c.11]

Среди работ, посвященных приложению теории субмолекул к описанию свойств полимеров в блоке, особого внимания заслуживает работу Муни [100], в которой рассматривается процесс релаксации напряжения после деформирования материала с достаточно большой скоростью. Автор [100] предполагает, что при такой деформации происходит афинное изменение линейных размеров всех участков полимерной цепи. Такое предположение основывается на очевидном соображении, что звенья различных цепей, находившиеся рядом в недеформированном состоянии, должны сохранить свое соседство и после мгновенной деформации материала. Несмотря на то, что выражение для времен релаксации, найденное Муни, совпадает с выражениями, полученными в ранее опубликованных работах [84, 85, 88], его подходу следует отдать предпочтение, поскольку рассматривавшееся в этих работах растяжение цепей за концы не может иметь места в реальных системах, так как оно эквивалентно допущению о проскальзывании звеньев соседних цепей при мгновенной деформации. [c.22]

Простейшие модели вязкоупругих сред и их обобщения. Теория линейной вязкоупругости была изложена выше как феноменологическое обобщение качественных представлений о среде, способной к релаксации напряжений при деформировании или проявляющей задержанное развитие деформаций после приложения напряжений. Эти представления допускают простое модельное пояснение, основанное на идее о том,, что всякое внешнее воздействие выводит систему из равновесия, к которому она стремится вернуться со скоростью, пропорциональной отклонению от равновесия. Пусть, например, среда подвергается деформированию с некоторой скоростью у. Тогда скорость изменения нанряжения а складывается из составляющей, пропорциональной скорости деформации, и составляющей, пропорциональной величине, которая характеризует степень отклонения от равновесия. При механических воздействиях отклонение от равновесия определяется напряжением. Поэтому изложенная качественная кар-тина, впервые описанная Дж. Максвеллом, приводит к следующему уравнению [c.92]

Скорость релаксации напряжений в деформированной пленке эмали при температуре отверждения пропи- [c.63]

В обоих рассмотренных нами случаях в деформированном образце происходят изменения, скорость которых определяется отношением Г[1Е — стремлением образца к равновесию. Сходство и различие этих двух видов релаксации становятся особо ясными и наглядными при применении механических моделей, где упругое сопротивление изображается в виде абсолютно упругой пружины, а вязкое сопротивление (течение) — при помощи поршня, движущегося в вязкой среде. При максвелловской релаксации механические элементы соединены последовательно, и деформации, соответствующие каждому элементу, складываются. Под влиянием одного и того же напряжения происходит мгновенная деформация пружины, равная а1Е, после чего начинается медленное перемещение поршня со скоростью <у1 . Релаксация напряжения в деформированном образце объясняется постепенным ослаблением натяжения пружины в результате движения поршня (см. рис. 78). При запаздывающей упругости, когда пружина и поршень соединены параллельно, напряжение распределяется между упругим и вязким элементами, а деформации, соответствующие каждому из них, одни и те же. Одновременно и с одинаковой скоростью происходит растягивание пружины и смещение порш- [c.299]

Отсюда видно, что с течением времени напряжение в деформированном теле убывает по экспоненциальному закону, а константа т, характеризующая скорость релаксации, равна промежутку времени, в течение которого начальное напряжение тела при постоянной деформации уменьшается в е = 2,72 раза (е — основание натуральных логарифмов). [c.332]

В процессе испытаний можно поддерживать постоянными указанные силовые факторы, а также скорости изменения осевой силы, гидростатического давления и крутящего момента. Машина может работать при постоянных значениях нагрузок (ползучесть) и деформаций (релаксация напряжений), а также при постоянной скорости нагружения и деформирования. [c.67]

Следует указать также на весьма рациональный метод определения основанный на закономерной взаимосвязи усталостных и деформационных процессов в твердых телах. Можно допустить, что в области безопасного напряжения ползучесть и релаксация напряжения практически отсутствуют. Экспериментально это предположение проверялось на примере полиэтилена высокой плотности [26], а также (более обстоятельно) на образцах пентапласта марки БГ (ТУ 6-05-1422—74). Образцы, по форме соответствовавшие ГОСТ 11262—68 (тип 5), получали методом литья под давлением. Затем их подвергали термостатированию в течение 1 ч при 60 С с последующим медленным охлаждением до нормальной температуры. Испытания проводили на разрывной машине FM-500 при 20 °С. Осуществляли два типа экспериментов. В экспериментах первого типа для серии из 27 образцов определяли по ГОСТ 11262—76 предел текучести и соответствующую ему деформацию ёт, которую замеряли индикатором часового типа с точностью 0,01 мм. Скорость деформирования составляла 10 мм/мин. Безопасное напряжение с учетом выражения (5.168) вычисляли как [c.184]

Обнаружена зависимость предела прочности межфазных адсорбционных слоев от скорости деформирования. Увеличение скорости деформирования приводит к возрастанию предела прочности, что характерно для релаксаций напряжений и временной зависимости прочности для термически активационных процес- [c.243]

Для анализа влияния скорости деформирования на ход кривых релаксации напряжения в начальный период процесса М. А. Колтунов использует подход, предложенный А. А. Ильюшиным, согласно которому [c.16]

В приборе предусмотрена система автоматического регулирования усилия (или деформации) в процессе опытов на ползучесть (или релаксацию напряжения). Для этого блок управления БУП переключается на регулирующее устройство потенциометра СПУ или СПД, стрелка которого установлена в положение, соответствующее требуемому усилию (или деформации). Регулирующее устройство работает в следящем режиме, с помощью электродвигателя поддерживает заданное усилие (или деформацию). Шкалы измеряемых усилий составляют О—0,1 О—1 О—10 и О—100 Н. Скорость деформирования образца меняется в пределах от 0,01 до 2 мм/с. Зажимы прибора позволяют испытывать образцы (в том числе и микрообразцы) с длиной рабочей части от 5 до 50 мм и шириной до 7 мм (на растяжение), а также блочные образцы на сжатие. Погрешность измерения усилий не превышает 1 %, а деформаций 1,5%. [c.27]

Влияние скорости нагружения на релаксацию напряжений. Эффект необратимости наблюдается и при релаксации напряжений. Приведем экспериментальные данные, подтверждающие влияние скоростей деформирования при достижении заданного уровня деформаций, на релаксирующие во времени напряжения. [c.20]

Релаксационные овойства кристаллических и кристаллизующихся полимеров наглядно выявляются при рассмотрении особенностей изменения в них напряжения в течение времени. Присутствие кристаллической фазы в недеформированном образце приводит к уменьшению скорости протекания релаксации напряжения, если полимер деформирован до заданной величины деформации. Это связано с увеличением времени релаксации элементов структуры полимера. Кристаллиты ограничивают подвижность сегментов макромолекул, т. е. действуют как поперечные связи в сшитом эластичном полимере, и скорость релаксации снижается. При растяжении кристаллизующегося полимера до таких величин деформации, когда процессы кристаллизации ярко выражены, протекающая в деформированном эластомере кристаллизация способствует быстрому падению напряжения до нуля. Кристаллиты упрочняют эластоме р, модуль его возрастает и при сохранении постоянства деформации напряжение быстро падает. После освобождения образца от растягивающей деформации напряжение, возникшее за счет процессов кристаллизации, может привести к самопроизвольному удлинению образца. [c.124]

Эффект вязкого или хрупкого разрушения монсет быть вызван и условиями деформирования. При больших скоростях деформирования, когда скорость возрастающего напряжения настолько велика, что не успевают произойти вязкопластичные деформации, релаксация протекает неполностью, наступает хрупкое разрушение. [c.144]

Конформационные переходы цепи с кинк-изомерамп, свободная энергия которой при наличии напряжения представляется сплошной линией (рис. 5.1), термодинамически необратимы, а внутренняя энергия переходит в тепло. Представляет интерес постоянная времени процесса перехода если она мала по сравнению со временем, в течение которого происходит растяжение цепи, то кривая напряжение—деформация не слишком сильно отличается от кривой, соответствующей сплошной линии на рис. 5.1, а если постоянная времени слишком велика, то переходы могут быть запрещены и цепи деформируются эластично. Однако при промежуточных значениях постоянных времени наибольшие напряжения не полностью вытянутых цепей будут зависеть от скорости, с которой происходят конформационные переходы, снимающие напряжение. Детальное рассмотрение данного явления потребовало бы изучения формы и взаимодействия цепных молекул, основ термодинамики необратимых процессов [15] и анализа потенциала вторичных, или вандерваальсовых, связей между сегментами [16]. Это привело бы к рассмотрению неупругого деформирования полимеров, которое не является предметом данной книги. Тем не менее все же представляет интерес некоторая информация относительно скорости переходов между различными кинк-изомерами, сопровождающихся релаксацией напряжения в системе. Так как любые переходы, приводящие к движению только одного кинк-изомера, обычно не вызывают удлинения цепи вдоль ее оси, то приходится учитывать по крайней мере одновременную активацию н аннигиляцию двух кинк-изомеров. Подобный процесс состоит из поворота четырех гош-связей и передачи поворота сегмента между кинк-изомерами можно оценить энергию связи, необходимую для преодоления потенциального барьера, которая должна составлять 33,5 кДж/моль для поворота гош-связи [7] и (2,1—5) кДж/моль для вращения СНг-группы [17, 18]. Следовательно, чтобы преобразовать весь кинк-изомер tgtgttgtgt в транс-конформацию, необходима энергия активации 46—63,6 кДж/моль. Можно предположить, что подобные преобразования напряженных цепей ПЭ к состоянию, свободному от напряжений, действительно происходят при скорости деформирования по крайней мере 1 с при температуре ниже точки плавления, т. е. при 400 К. Теперь мол<но рассчитать скорость данного процесса при 300 К с помощью выражения (3.22), которая оказывается равной 0,0018 с . При деформировании цепи энергия активации вращения сегмента только убывает, а скорость переходов, сопровождающихся ослаблением напряжения, возрастает [19]. С учетом подобного [c.130]

При ударном нагружении ПП (например, до деформации последнего 10,5 % менее чем за 0,1 с) наибольшее поглощение полосы 955 см обнаруживается через = 69 с, когда реализуется значительная часть релаксации напряжения, в то время как при постепенном нагружении со скоростью деформации 10 %/мин наибольшее поглощение соответствует максимуму напряжения при деформации 10,5%. Наибольшее увеличение интенсивности полосы 955 см- (в 3,2 раза) больше при ударном нагружении по сравнению с постепенным нагружением [38]. Поэтому передача молекулярного напряжения в высокоориен-тироваиный ПП представляет собой вязкоупругий процесс, включающий деформирование аморфных областей и противодействие раскручиванию геликоидального упорядочения. Вул [39] провел детальный экспериментальный и расчетный анализ релаксации напряжения, динамического поведения ИК-спектров и разрыва связей. Он пришел к выводу о необходимости учитывать различные степени чувствительности к напряжению кристаллических областей (2,1 см- на 1 ГПа) и отдельных цепей (8 см- на 1 ГПа). Вул показал, что в первую очередь релаксируют наиболее высоконапряженные цепи (952 см- ), внося таким образом вклад в увеличение интенсивности спектров высоких частотах (например, 955 и 960 см- ), а также что разрыва связи не произойдет, если энергия ее активации Но равна или больше 121 кДж/моль. Если Уд =105 кДж/моль, то происходит разрыв очень небольшого числа цепей (вызывая [c.237]

В процессах компактирования дисперсных материалов давлением, когда внешние усилия изменяются до конечного значения в течение определенного отрезка времени, для деформированного состояния системы в ряде случаев становится существенным влияние таких факторов, как скорость нагружения и продолжительность силового воздействия. Напряжения и деформации, возникающие при объемном сжатии твердого дисперсного тела давлением, изменяются во времени, даже если нагрузки остаются постоянными. Одна сторона этого явлешш связана с изменением во времени объемной деформации при выдержке под постоянным давлением - объемная ползучесть или последействие, другая - со снижением напряжений при постоянной объемной деформации - релаксацией напряжений. [c.39]

При измерении механических характеристик пластмасс возникает ряд вопросов, связанных как с теоретическим анализом получаемых результатов, так и с методиками экспериментов по измерению релаксации напряжения, ползучести и долговременной прочности. В связи с этим в каждой главе проводится теоретический анализ влияния режимов испытаний на характер получаемых кривых релаксации напряжений л ползучести. В первом случае наиболее важно учип дать влияние скорости деформирования на ход кривых релаксации напряжения в условиях поддержания постоянной деформации, а во втором — влияние скорости нагружения на ход кривых ползучести в условиях поддержания постоянного напряжения. [c.9]

Предварительно изучали влияние статических напряжений на скорость коррозии трубной стали на деформированных изгибом (по трехточечной схеме) образцах стали 17ГС в термостатированных условиях и перемешиваемой среде, представляющей смесь нефти с 3%-пым хлоридом натрия в отношении 1 1. Скорость коррозии определяли по потере массы за 720 ч выдержки. Как следует из рис. 104, с увеличением напряжений до предела текучести (350 МПа) скорость коррозии увеличивается, а затем при достижении текучести уменьшается вследствие наступления стадии легкого скольжения и релаксации напряжений, обусловленной выбранной схемой нагружения с заданной величиной деформации. Это указывает на возможность усиления коррозионного взаимодействия трубной стали с рабочей средой даже при нагружении в упругой области с возникновением коррозионных поражений, которые в дальнейшем могут стать концентраторами напряжений и после инкубационного периода инициировать возникновение коррозионно-механических трещин. Если в концентраторе отсутствуют условия для существенной релаксации напряжений, что обычно имеет место при циклическом (повторно-статическом) нагружении с накоплением микроискажений решетки, процесс коррозионного взаимодействия будет ускоряться на протяжении всей стадии деформационного упрочнения, как это указывалось в гл. П. [c.230]

Однако для других фракций это снижение было меньшим—10—20%, причем еше меньше колебались значения механической прочности при изменении скоростей прессования в интервале 1—3 мм-с (до 10%)-Препарат мочевины имеет непрочные гранулы, при разрушении которых образуется большое количество мелких кристаллов. Видимо, это обстоятельство и приводит к выравниванию гранулометрического состава у всех фракций и сближению кривых прессования. Кроме того, возможно, что в случае преобладающей роли упругой деформации контактируемых частиц деформационная составляющая сила трения практически не зависит от скорости прессоваиия. При увеличении роли пластической деформации, но при скоростях приложения нагрузки, меньших релаксаций напряжений в прессовке, деформация успевает следовать за изменением давления и гистерезпсные потери при объемном деформировании практически отсутствуют. С увеличением скорости прес- -сования гистерезисные потери возрастают, однако при скоростях, значительно превышающих скорость релаксации напряжений, упругопластическое тело может вести себя как упругое и силы трения могут уменьшаться. [c.210]

Разрушение надмолекулярной структуры, сдерживающей развитие деформаций, вызывает релаксацию напряжений. Этот вид релаксации называется структурной. Структурная релаксация усиливается с увеличением напряжения и скорости сдвига. При задании постоянного режима деформирования (постоянная скорость сдвига или постоянное напряжение сдвига) структурная релаксация завершается достижением установившегося течения, когда скорости разрушеН11я и восстановления структуры полимерных систем становятся равными. Этому состоянию отвечает постоянство параметров, характеризующих процесс деформирования. [c.243]

Была предпринята попытка использовать метод приведенных переменных [45, с. 495 46, с. 99] для определения прочности при заданной температуре приведения и различных скоростях деформации. Характеристики прочности являются функциями скорости деформации и температуры. Если, например, повышение температуры от до Т вызывает уменьшение всех времен релаксации [45, с. 495] в % раз, то, согласно Ферри, количество энергии, вызывающее разрушение, должно накапливаться за эквивалентное время Чат t — время разрушения при стандартной температуре Tj) при скорости деформирования Var. Значение Vut определяется временем до разрушения. Отсюда следует, что данные по разрушающему напряжению могут быть приведены к одной стандартной температуре, если построить зависимость произведения OpTJT от Var. Такая зависимость была получена Смитом [46, с. 99] для вулканизата бутадиен-стирольного каучука при стандартной температуре приведения = 263° К (рис. 1.3). Отклонение, наблюдаемое при низких температурах, Ферри связывает с возникновением температурного градиента при наступлении вынужденноэластической деформации [45, с. 496]. Метод приведенных переменных, по-видимому, применим не только в области высокоэластического состояния, но распространяется также на область стеклообразного состояния. [c.16]

Для анализа влияния скорости деформирования на ход кривых релаксации напряжения можно воспользоваться теорией Больцмана — Вольтерры, согласно которой в общем виде напряжение a t) является функционалом истории деформации e(t). В изотермических условиях (при Г = Го = сопз1) [c.11]

Уравнения (1.15) и (1.19) позволяют проследить за влиянием скорости деформирования на ход зависимости напряжения от времени как на участке деформирования до требуемого значения ео, так и на участке собственно релаксации напряжения в условиях е = = ео = сопз1. На рис. 1.1 в качестве примера изображена эта зависимость при = 2 10 Па 1 = 10 Па к=0,Ъ Тр=60 с ео = 3%. Из рисунка видно, что кривые релаксации напряжения, полученные при разных значениях е, сливаются после некоторой продолжительности релаксационного процесса. Такой вид кривых характерен для линейного механического поведения материала, и он наблюдается в тех случаях, когда напряжение в материале релаксирует до какого-либо конечного значения а . [c.16]

Рис. 1.1. Кривые релаксации напряжения, полученные при разных скаростах деформирования до значения ео. Скорости деформирования 8 равны

Аналогично зависимости скорости релаксации напряжения от числа последовательных релаксаций при напряжениях, равных авэ, аномальный характер имеет и зависимость самой величины предела вынужденной эластичности от порядкового номера кривой деформирования при последовательных циклах нагружение до предела вынужденной эластичности, разгрузка, снова нагрун<ение до предела вынужденной эластичности и т. д. вплоть до разрушения образца. Как и следует ожидать, при подобных последовательных циклах нагружения до Овэ и разгрузки вследствие накапливающихся разрывов напряженных межузловых цепей релаксационная способность полимера возрастает, что проявляется в монотонном снижении с каждой последующей деформацией величины предела вынужденной эластичности, рассчитанной на фактическое сечение с учетом изменения сечения образца из-за остаточных деформаций (табл. 11). [c.237]

Таким образом, в настоящей работе установлено, что деформирование полиизобутилепа может сопровождаться тиксотропным разрушением его надмолекулярных структур, которое совершается при переходе через предел сдвиговой прочности. Скорость восстановления структуры значительно ниже скорости релаксации напряжений. [c.326]

С увеличением скорости начального деформирования скорость релаксации напряжения при i = 4 -> О увеличивается, приближаясь к значению daldt —оо, если процёсс деформирования близок к ступенчатому. На рис. 1.20 даны кривые релаксации сжатых образцов полиэфирной смолы ПН-1 да Р = onst с различными скоростями перемещений торцов образцов, которые иллюстрируют необходимость применения сингулярных ядер (t) в уравнениях наследственной теории. [c.21]

Существует несколько попыток моделировать упругие, вязкие и вязкоупругие свойства, проявляющиеся при деформировании реальных полимеров. Одной из таких моделей является модель Б. А. Догадкина, Г. М. Бартенева и М. М. Резниковского. Она вводит зависимость времени релаксации для описываемой полимерной системы не только от температуры и химической природы полимера, но и от величины приложенного напряжения. С увеличением последнего возрастает скорость перегруппировки сегментов макромолекул по направлению растягивающего напряжения. В процессе релаксации напряжения при постоянной деформации модели установится некоторое значение напряжения, мало меняющееся в дальнейшем, так как увеличивается энергия, необходимая для обратной перегруппировки сегментов макромолехул. Такое напряжение может быть условно принято как равновесное (а<х>), а релаксационные процессы определяются разностью между напряжением в момент времени I и равновесным (а—Ооо). Эта модель удовлетворительно описывает поведение эластомеров (рис. 42). [c.97]

Для эластомеров влияние темп-ры и скорости деформирования на П. при растяжении м. б. количественно описано с помощью обобщенных эмпирич. закономерностей типа огибающей разрывов . Огибающая разрывов — предельная кривая, к-рую получают из зависимостей Ср от скорости деформирования, опреде.11еппых экспериментально при различных темп-рах. Такая кривая м. б. использовапа для описания разрушения в режимах релаксации напряжений и ползучести (рис. 1). [c.113]

Рис. 1. Зависимости напряжение — деформация (удлинение) для различных скоросте14 растяжения и темп-р (стрелкой показано направление понижения темп-ры или увеличения скорости деформирования). Огибающая кривая ( кирная линия) соединяет точки, характеризующие прочность и разрывное удлинение. Пунктирными линиями показано изменение напряжения и удлинения в режимах релаксации напряжения (вертикаль) и ползучести (горизонталь).