Долговечность в хрупком состоянии

Для анализа экспериментальных данных следует пользоваться уравнением (3.11), считая, что коэффициент V. не точно равен единице. В настоящее время для полимеров нет надежных экспериментальных данных по долговечности в высокопрочном хрупком состоянии. Для сравнения теории с экспериментом луч-ще всего поэтому взять данные для кварцевого стекловолокна. [c.55]

Другое объяснение предложено в работе [5.22]. Разрушение будет хрупким, когда скорость релаксационных процессов, а следовательно, и скорость локальной пластической деформации, мала. При относительно высоких температурах релаксация локальных напряжений происходит быстро, и за время ts x устанавливается стационарное (квазиравновесное) состояние со стабильным коэффициентом перенапряжений р.,, который практически не зависит от о и Г. С повышением Т скорость релаксации уменьшается, и время установления стационарного состояния сопоставимо с временем жизни образца. Образец будет разрушаться при меньших напряжениях, так как Чем меньше долговечность, тем больше р. Поэтому зависимость lgт( a) для хрупкого разрушения должна располагаться левее и идти с большим наклоном к оси абсцисс. При этом авторы [5.22] считают, что при переходе в хрупкое состояние С/о не меняется. [c.127]

Сопротивление разрушению полимеров в хрупком состоянии зависит и от вида напряженного состояния. Так, долговечность полипропилена при двухосном рас-тяжении меньше, чем при одноосном [64]. [c.25]

Первая зависимость наблюдалась для долговечности при растяжении резин [81, 82], а (вторая — жестких полимеров [83], обе они наблюдались на смолах [84] при нахождении их в высокоэластическом и хрупком состоянии соответственно. [c.120]

Двум температурным областях ниже и выше Гхр и, следовательно, двум механизмам разрушения II и III (см. рис. 11.4) соответствуют два семейства прямых долговечности, по данным Степанова и Песчанской [11.21] (рис. 11.14), с энергиями активации 7о = = 750-7-850 кДж/моль и i7o=135 кДж/моль. Таким образом, при переходе из хрупкого в нехрупкое состояние происходит переход от одного вида термофлуктуационного механизма к другому, при ко- [c.315]

По современным представлениям [66, 107, 126] предельное состояние в некоторой точке среды однозначно характеризуется тензором прочности. В общем случае ок зависит от свойств материала, характера напряженного состояния, температуры и времени. Геометрической интерпретацией этого тензора является поверхность разрушения. Ее форма зависит от критерия прочности, при выборе которого следует различать вязкое и хрупкое разрушение полимеров. Имеющийся экспериментальный материал [26, 70, 168, 174, 179, 224—226] свидетельствует о том, что независимо от характера разрушения существует принципиальная возможность прогнозирования долговечности при сложном напряженном состоянии по результатам простейших опытов. Допускается [224], [c.225]

Таким образом, при сложном напряженном состоянии временная зависимость хрупкой прочности полимеров практически совпадает с данными одноосного нагружения (см. рис. 6.14 и 6.16,6), а расчет долговечности производится, например, по формуле (5.105) или (5.67). В качестве аргумента используется аэ = атах, причем вид напряженного состояния, как показывает эксперимент (см. рис. 6.16,а), не влияет на параметры аппроксимирующей функции [26, 70, 224]. [c.235]

У структурно-нестабильных полимеров, например полиолефинов, между областями вязкого и хрупкого разрушения существует зона смешанного (хрупко-вязкого) разрущения (см. рис. 5.2,а). Она совпадает с участком перегиба кривой долговечности (см. рис. 6.15 и 6.16, а) и существенно зависит от характера напряженного состояния. Экспериментально показано [70, 226, 244], что увеличение гидростатической составляющей тензора напряжений, например двухосное равномерное растяжение, может привести к вырождению области вязкого и, следовательно, смешанного разрущения. [c.237]

Наиболее опасными дефектами в полимерных материалах, испытывающих хрупкое разрушение, являются микротрещины и субмикротрещины, которые существуют до приложения внешнего напряжения. Очевидно, что прорастание таких микротрещин, которое происходит на первой (медленной) стадии процесса разрушения, и определяет долговечность материала. Рассмотрим разрыв межатомной связи в вершине микротрещины. Для того чтобы его осуществить, необходимо преодолеть потенциальный барьер высотой и (рис. 64). Выше уже говорилось о том, что наряду с разрывом связей между атомами возможен н процесс восстановления связей. Для того, чтобы последний осуществился, необходимо преодолеть потенциальный барьер и, величина которого меньше и 11 <и), если полимер находится в нена-груженном состоянии. На рис. 64 представлена зависимость потенциальной энергии атомов в вершине микротрещины в зависимости от расстояния между ними. Минимум потенциальной энергии, расположенный слева, соответствует равновесному положению атомов вдали от трещины второй минимум, расположенный справа, соответствует равновесному положению атомов, которые после разрыва оказались на свободной поверхности образца. Поверхностная потенциальная энергия твердого тела, отнесенная к двум атомам, между которыми разорвана связь, равна разности [c.295]

Долговечность полимеров в хрупком и квазихрупком состояниях 124 [c.4]

На схеме прочностных состояний (см. рис. 7.1) указаны предполагаемые области действия различных механизмов разрушения некристаллических полимеров, а также область пластического состояния, лежащая между температурами пластичности Гп и текучести Гт. Механизмы разрушения и теория долговечности для областей I, II и III были подробно обсуждены в предыдущих главах. В этой главе будет более детально рассмотрено влияние релаксационных переходов иа прочность в хрупком и квазихрупком состояниях. Основное же содержание главы — разрушение полимеров при высоких температурах, когда долговечность в основном определяется релаксационными процессами. [c.195]

При хрупком разрушении поврежденные участки структуры равномерно распределены в деформируемом объеме. В этом заключается известное отличие хрупкого разрушения от пластического. Образовавшаяся субмикротрещина увеличивается со скоростью, зависящей от напряжения и уже имеющейся степени поврежденности. На определенной стадии она перерастает в микротрещину. Последняя некоторое время остается в стабильном состоянии, т. е. растет довольно медленно. Стабильное развитие микротрещины составляет основную часть долговечности образца. Затем одна из усталостных трещин теряет равновесие [c.110]

В соответствии с первым предельным состоянием методика расчета и, следовательно, количественные выводы зависят в первую очередь от характера разрушения трубы. Полиэтиленовые трубы для относительно небольших долговечностей (5— 10 лет при 20 °С) разрушаются по пластическому механизму. В дальнейшем наблюдается хрупкий излом. Соответственно рассмотрим пластическое и хрупкое разрушение. [c.156]

Для определенной модели релаксации авторы рассчитали зависимость lgт(a) в хрупком состоянии и пришли к выводу, что наклон кривой долговечности будет в (Рхр/Р.< )[1—пУА1 кТ)] раз больше, чем при квазихрупком разрупюнии, где а — параметр релаксации (скорости релаксации). Уд—активационный [c.127]

На рис. 6.16, где приведена полная изотерма долговечности ПММА при 20 °С, показано изменение с увеличение о вкладов Тф и Тк в долговечность т. Кривая 1 соответствует флуктуа-ционной части долговечности Тф ПММА в квазихрупком состоянии, рассчитанной из уравнения долговечности (6.15) с учетом (6.16) и (6.17) нри следующих значениях констант и параметров /о = 9,5-10 з =10 мм р = 22,5 г)л = 4,8-10 2° мм % = = 1,26-10 5 мм = 8,4-10 3 кДж/(моль-К) о = 3-10 с. Линейному участку кривой АВС в координатах 1 т—а соответствует расчетное значение Л = 7-10 с, что несколько отличается от значения Л = 2,5-10 2, полученного из экспериментальных данных Песчанской и Степанова. Кривая 2 соответствует атермической части долговечности Тк по формуле (6.45) при ак = 207 МПа. Это значение в температурных пределах квазихрупкого разрушения, как и значение с>о = 20 МПа, практически от температуры не зависит, поэтому изотермы при других температурах, имея другие наклоны линейного участка, сохраняют неизменными его границы. Но с понижением температуры при Гхр происходит скачкообразное изменение ряда параметров, которые затем в области низких температур остаются практически постоянными (ниже Тхр для ПММА оо = = 6 МПа, а 0к=125 МПа, т. е. оба показателя в хрупком состоянии существенно ниже). [c.177]

Экспериментальные данные о долговечности получены в интервале Оо—аф главным образом для квазихрупкого и в отдельных случаях для хрупкого состояния полимера. В обоих состояниях уравнение долговечности внутри интервала Оо—сгф имеет вид уравнений (6.19) или (6.24), которые по форме напоминают уравнение Журкова (5.2), но отличаются тем, что вместо эмпирического структурного коэффициента -у стоит произведение флуктуационного объема Ил на коэффициент перегрузки цепей Хо и на коэффициент концентрации напряжений 3, а вместо периода колебаний атомов Хо стоит предэкспонента А, являющаяся сложной величиной вида (6.18), зависящей от длины начальной микротрещииы /о, частоты о (или периода колебаний атомов в полимерной цепи то= о ). флуктуационного (активационного) объема оа, коэффициентов хо и р, а также от а и Г. При /о—>1 ,0 (Я,о — межмолекулярное расстояние) А—иго и р— 1, а у—> VлXo. Это значит, что при переходе от низкопрочного к высокопрочному полимеру уравнение (6.24) переходит в уравнение (5.2). [c.190]

Различные исследователи — Бикки, Смит и Стедри — использовали метод Ферри в работах для обработки данных по прочности и долговечности эластомеров [224, 225]. Этот метод не имел, однако, достаточного экспериментального обоснования. Исходя из общности механизмов вязкоупругости и разрушения эластомеров, ясно, что применение метода Ферри в прогнозировании прочностных свойств эластомеров имеет некоторое основание. С другой стороны, метод Ферри неприменим к прогнозированию прочностных свойств твердых полимеров, особенно в хрупком состоянии. Это объясняется различием в механизмах процессов вязкоупругости и хрупкого разрушения полимеров. В последнее время методам прогнозирования механических свойств полимеров уделяется большое внимание [226, 227]. [c.87]

В соответствии с развиваемым рядом исследователей представлениями термофлуктуационный механизм реализуется в наиболее чистом виде в хрупком состоянии [26]. Выше температуры хрупкости этот механизм осложняется предшествующим ему процессом образования микротрещин, так называемых трещин серебра, распределяющихся по всему объему материала створки трещин соединены микротяжами сильно ориентированного материала. Оба механизма разрушения выше и ниже температуры хрупкости являются результатом проявления общей кинетической природы разрушения полимеров. Однако каждый из механизмов приводит к несколько различным временным зависимостям прочности при низких и высоких температурах. Так, например, для полиметилметакрилата выше температуры хрупкости наблюдается одно, а ниже — другое семейство кривых долговечности. [c.252]

Систематическое изучение влияния напряженного состояния на долговечность труб из ПВХ было выполнено Смотриным и др. [151]. Они установили, что при небольшой долговечности (при напряжениях 50 МПа) простой критерий Ренкина а<а описывал их данные по ослаблению образцов в двумерном пространстве напряжений. Однако с увеличением долговечности более подходящим оказывался критерий Мизеса. Готхем [150] изучал одноосное ослабление при ползучести 15 различных полимерных материалов при 20°С. В интервале значений времени до 10 с он наблюдал хрупкое ослабление образцов ПММА, изготовленных путем инжекции расплава, ПС, сополимера стирола с акрилонитрилом, стеклонаполненного ПА-66 и пластическое ослабление образцов ПП, ПММА, изготовленных путем формования, ПК, ПСУ, ПВХ, сополимера акрилонитрила, бутадиена и стирола, ПОМ, ПА-66 и поли(4-метил-пентена-1). [c.289]

Закономерности разрушения и долговечности полимеров при циклических нагрузках рассмотрены в [9 11.32]. Закономерности динамической и статической усталости сшитого эластомера, например, одинаковы (соотношение между числом циклов до разрушения М и максимальным за цикл напряжением о при растяжении Ыа = = сопз1), но статический режим является более мягким по сравнению с динамическим. Несмотря на то что в статическом режиме материал находится все время в напряженном состоянии, его разрушение происходит значительно позже, чем при динамических напряжениях, когда образец находится в напряженном состоянии лишь часть времени. Это объясняется тем, что при периодических нагрузках перенапрял<ения не успевают отрелаксировать за время каждого цикла нагружения, тогда как при статической нагрузке они с течением времени выравниваются. Для пластмасс релаксация перенапряжений связана с микропластической локальной деформацией в вершинах микротрещин. При увеличении частоты и нагружения возмол ен переход от квазихрупкого к хрупкому разрушению. [c.329]

При малых экспозициях (до 1 ч) наблюдается вязкое разрушение винипластовых труб. В отличие от полиэтилена, полипропилена, поликарбонатов и т. п., винипласт относится к структурностабильным термопластам, поэтому его кривая долговечности не имеет перегиба. При экспозициях больше 1 ч происходит типичное хрупкое разрушение, причем анализ [174] указывает, что в основном оно определяется максимальным нормальным напряжением для всех вариаций плоского напряженного состояния. Относительно более опасным представляется двумерное растяжение (ft=il) из-за увеличения среднего давления [10]. Менее опасно одноосное растяжение [c.235]

Эксперимент по.казывает (ом. рис. 6.18,6), что для долговечности р 2ч область хрупкого разрушения стягивается в линию, а при ip>990 ч наблюдается только хрупкий разрыв. Таким образом, существует единственное меридиональное сечение предельной поверхности (при fe =il), которое определяет кривую долговечности, целиком лежащую в области хрупкого разрушения. Эта кривая (/), построенная в координатах Igip—токт, показана на рис. 6.18, а. Там же приведена кривая 2, соответствующая /г = 0,5. Она имеет перегиб при Тоьт = — 7,1 МПа. Заметим, что для наиряженяого состояния, соответствующего e=0,5, октаэдрическое касательное напряжение всего лишь на 9% превышает максимальное нормальное напряжение. Поэтому приближенно кривую / можно заменить графиком уравнения (5.105), т.е. использовать данные, относящиеся к одноосному растяжению. Достоинством рассмотренного метода [226] является возможность сравнительно быстро воспроизводить хрупкое разрущение оболочки при комнатной температуре. В обычных условиях нагружения полиэтиленовых труб внутренним давлением это сделать не уда- [c.240]

Op, измеренного стандартным способом. Решающим в этом случае оказывается время, в течение которого полимерный образец находится под нагрузкой. Если это время достаточно велико, то разрушение в ряде случаев может произойти при напряжениях, много меньших Ор. Время от момента нагружения образца до его разрушения называется долговечностью материала. Долговечность т является важной характеристикой прочностп. Обычно при экспериментальном изучении долговечности напряжение поддерживается постоянным (а = onst). Если это условие не выполняется, то временная зависимость прочности при статической нагрузке характеризует статическую усталость. Временная зависимость прочности при динамической (чаще всего периодической) нагрузке характеризует динамическую усталость. Поведение материала в момент разрушения описывают величиной максимальной относительной деформации 8р, имеющей место при разрыве. Величина относительной деформации ер зависит от вида деформации, скорости деформации и температуры и в значительной степени от структуры и физических свойств материала. При хрупком разрушении ер составляет сотые доли процента. При разрушении полимера, находящегося в высокоэластическом состоянии, ер может достигать нескольких сотен процентов. [c.285]

Усталостный износ пластмасс изучен очень слабо. В стеклообразном состоянии пластмассы характеризуются в основном абразивным механизмом износа как при скольжении по абразивному полотну, так и по твердым шероховатым поверхностям [56]. Кристаллические полимеры, обладающие высокоэластической компонентой, изнашиваются подобно резинам. Влияние температуры на износостойкость пластмасс можно рассмотреть с точки зрения изменения константы а в выражении (6.25). В работах Ратнера, Лурье и Фарберовой [16, 56—59] показано, что в случае усталостного износа а >1. Так как а характеризуется числом циклов деформации, разрушающих материал, и с увеличением температуры возрастает, то при переходе от хрупкого к нехрупкому состоянию полимера повышение температуры трения приводит к увеличению доли усталостного механизма износа и возрастанию общей износостойкости пластмасс. Было также отмечено, что с повышением температуры износ по абразивной шкурке приобретает характер усталостного износа. Исходя из молекулярного механизма явления, усталостный износ связан с долговечностью материала. Ратнер предположил, что механизм истирания имеет термоактивационную природу разрушения и характеризуется отношением [c.173]

Одной из причин зависимости С/о и V от температуры является переход из хрупкого в нехрупкое состояние, отмеченный выше. Так, в работах [5.24—5.26] показано, что постоянные долговечности кристаллических пластмасс изменяются с температурой. В частности, С/о ПП изменяется с температурой по кривой с максимумом, отвечающим Тхр = —160 °С. Для ПММА изменение V и 0 при переходе через температуру Тхр было описано в предыдущем разделе. Так как практически наиболее важным для конструкционных лластмасс является интервал квазихрупкого разрушения, проанализируем результаты в температурной области выше Тхр. [c.129]

В растягиваемом образце нарастающее истинное напряжение, рассчитанное па действительное поперечное сечение, уменьшающееся но мере растяжения, соответствует условиям измерения <т и долговечности t иа улитке Журкова [5.4]. Пусть на разрывной машине задан режим постоянной скорости изменения напряжения w = do[dt. Для хрупкого и квазихрупкого состояния (ниже (Тв) приближенно верен линейный закон деформации <з = Ег. Следовательно, режим ге = onst соответствует режиму /e/tii = onst. Опыт проводится при постоянной температуре, поэтому уравнение долговечности (6.19) можно выразить как [c.186]

Качественная трактовка этого явления в рамках механизма атермического разрушения следует из того, что при температуре перехода наблюдается максимум механических потерь. Так как при этом для разрушения требуется максимальная энергия, то максимуму потерь соответствует и максимальное разрывное напряжение. При увеличении скорости растяжения до 5,2-10 мм/с температура перехода и максимум потерь смещаются до —80 °С. При более высоких температурах (но ниже 0°С) наблюдается скачок прочности при переходе из хрупкого в квазихрупкое состояние. Температура перехода Гхр зависит от скорости растял<ения. Для скорости 2,1мм/с время до разрыва (долговечность) равно 10 с, а для скорости 0,21 мм/с—10 с. Соответствующие этим значениям времена релаксации р-процесса дают температуры перехода Тр, совпадающие со значениями Тхр. [c.204]

Экспериментальные данные изучения долговечности некоторых нолймеров в широком интервале температур действительно нока- зывают, что в области хрупкого и нехрупкого разрушения выполняются соотношения (2) или (14). Однако зависимости lg т от о в каждой из областей разрушения образуют как бы два семейства прямых, характеризуемые разными значениями 7 = юр. Таким образом, на основании этих данных можно говорить о разном характере разрушения в области хрупкого и нехрупкого состояния, причем в первой области долговечность в основном определяется ростом истинных треш,ин (трещин разрушения), а во второй — ростом трещин серебра . [c.161]

При больших напряжениях ползучесть проявляется достаточно интенсивно, а при меньших со временем наступает так называемое псевдоравновесное состояние, характеризуемое нулевой скоростью ползучести. В работе [36] для труб из ПВД (индекс расплава 1,2 Г/Ю мин) при 18 °С рекомендуется предельное напряжение 60 кГ1см . Авторы называют его предельным статическим сопротивлением полиэтилена. Скорость ползучести для напряжений до 50 кГ/см (мгновенная прочность 100—110 кГ/см ) примерно пропорциональна напряжению, что соответствует линейной теории вязкоупругости. В рассматриваемой работе напряжение в 60 кГ/см принимают в качестве основной расчетной величины. Это — несомненное заблуждение, поскольку не учитывается возможность хрупкого разрушения трубы, которое в основном и определяет ее несущую способность. Наиболее достоверные рекомендации в отношении прочности, а также коэффициентов запаса можно получить только с помощью кривых долговечности. Отсутствие ползучести в относительно малой степени характеризует длительную прочность материала. [c.122]

Если после атмосферных испытаний удалить поверхностный слой, то исходная прочность стеклопластиков и других композитов восстанавливается. Ускорить появление трещин можно, если на поверхность полимера нанести хрупкий слой, слабо сопротивляющийся зарождению и прорастанию трещин [293] (рис. 8.14), и, наоборот, если на кромку образца нанести слой устойчивый к зарождению трещин, то прочность повысится. Это было показано при наклеивании тонкой бумаги на торец образца древесины. В атмосферных условиях снижается долговечность тех лакокрасочных покрытий, которые находятся в напряженном состоянии, будь это за счет внутренних напряжений или изгибающих нагрузок, прилол енных к окрашенной поверхности. Этот факт был установлен на основании исследования фотоокисления покрытий из сополимера бутилметакрилата и 5% метакриловой кислоты [294]. [c.219]

За последнее время достигнут значительный прогресс в разработке и освоении качественных сталей для трубопроводов ответственного назначения созданы и внедрены новые технологические приемы изготовления труб. Несмотря на это, статистика отказов свидетельствует о том, что проблема предотвращения хрупких, коррозионных, усталостных и прочих разрушений остается исключительно актуальной. Это связано с тем, что существующие нормы и правила расчета на прочность не учитывают в комплексе всего многообразия конструктивнотехнологических и эксплуатационных факторов, в частности, двухосного напряженного состояния трубы, повторно-статического характера нагружения, наличия различного рода дефектов, изменения физико-механических свойств материала под влиянием длительно действующих температурно-силовых полей и коррозионно-активных сред. Очевидно, что с целью повышения точности и достоверности применяемые расчетные методы должны дополняться результатами экспериментального изучения закономерностей разрушения в трубопроводных материалах. В этой связи, одной из важнейших задач в деле обеспечения прочности, долговечности и экологической безопасности трубопроводов является совершенствование критериев и методов оценки работоспособности металла и сварных соединений труб в условиях, наиболее полно отражающих реальные. [c.4]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология