Разрушение вязкоупругое

Только физика разрушения. может объяснить временную зави-симость хрупкого разрыва. Однако квазихрупкое разрушение, согласно механике разрушения вязкоупругих тел, характеризуется временными эффектами [4.2, 4.3, 4.6, 4.7]. Одна из типичных теорий временной зависимости прочности в линейно вязкоупругой среде развита в работе [4.86]. [c.98]

В работе определена перспектива установления роли пассивных трещин в прочностных свойствах полимера. Эти трещины возникают при гомогенном разрушении вязкоупругих высокоэластичных тел. Они представляют интерес либо для построения феноменологических теорий усталости, либо молекулярных теорий усталостных явлений в этих необычайно интересных и удобных в экспериментальном отношении разновидностях реальных твердых тел. [c.283]

Прочность полимерных материалов приобретает все более актуальное значение. До появления кинетической точки зрения на разрушение полимеров придерживались представлений о разрушении исключительно с позиций механики упругих твердых тел, имеющих дефекты. Однако экспериментальные факты [33—36] доказывают существенную роль вязкоупругих релаксационных явлений при разрушении полимеров. В этой связи построение математической модели кинетики набухания, учитывающей релаксационные явления в полимере, актуально для нахождения благоприятных условий проведения процесса с целью уменьшения брака при производстве ионообменных материалов аналитического назначения (хроматографического и ядерного класса). При этом описание релаксационных явлений в полимерных материалах связывается с рассмотрением их как сплошных сред, которые по своим механическим свойствам занимают промежуточное положение между упругими твердыми телами и вязкими жидкостями (что приводит к возникновению явлений вязкоупругости). [c.300]

Бартенев Г. М. и др. Взаимосвязь процессов вязкоупругости и разрушения.— Высокомолекулярные соединения, 1977, т. (А) XIX, № 9, с. 2125. [c.6]

В какой момент какие условия воздействия становятся критическими для состояния, в котором находится материал. Ввиду того что из множества характеристик полимерных структур выбирается только их деформация, полностью решить эту задачу вряд ли возможно. Компетентное рассмотрение обеих задач, их взаимосвязи и зависимости от других областей науки о полимерах, вероятно, можно найти в энциклопедиях полимеров [1, 2] и частично в специальных учебниках по вязкоупругости [3, 4], механике [5] и физике [6—8] полимеров. Хотя в общем случае первая задача и не может быть решена, в литературе по разрушению (учебники [9—12]) широко и понятно объясняется это явление, которое сводится к процессам, вызывающим наиболее очевидные изменения морфологии образцов во время разрушения. [c.10]

В данной главе приведен обзор общих представлений различных теорий разрушения, не имеющих явной связи с характерными свойствами молекулярных цепей, их конфигурационной и надмолекулярной организацией, тепловой и механической перестройкой. Это относится к классическим критериям ослабления материала и общим механическим моделям сплошных сред. Теории кинетических процессов разрушения учитывают вязкоупругое поведение полимерного материала, но вывод критериев разрушения не связан с подробным морфологическим анализом. Эти основополагающие теории тем не менее неоценимы для объяснения статистических неморфологических сторон процесса разрушения или его характеристики с точки зрения механики сплошных сред. [c.59]

Название данного раздела соответствует очень эффективной модели простой поверхности ослабления , предложенной Смитом [41]. Эта модель опирается на рассмотрение вязкоупругого поведения сплошных полимерных тел, т. е. на представление, которое должно сводиться согласно принципу температурно-временной суперпозиции внешних параметров нагружения-напряжения, скорости деформации и температуры к соответствующим молекулярным состояниям. Если критерий разрушения действительно имеет единые пределы молекулярной работоспособности, то построенные кривые приведенного напряжения Б зависимости от деформации при разрушении в различных экспериментальных условиях должны ложиться на одну обобщающую кривую (рис. 3.6). Эта концепция справедлива применительно к большому числу натуральных и синтетических каучуков и вулканизатов при однотипных механических йены- [c.73]

Полимерные материалы являются вязкоупругими твердыми телами. Склонность последних к неупругому и пластическому деформированию убывает, когда они испытываются при высоких скоростях нагружения и (или) при низких температурах. Более низкая деформируемость вызывает у прежде вязкого или высокоэластичного полимера хрупкое разрушение. Убедительным доказательством этого факта служит хрупкое разрушение при испытании на удар натурального каучука при температуре жидкого азота. [c.268]

По-видимому, оно обоснованно и для большинства полимерных расплавов, которые представляют собой вязкоупругие жидкости почти при всех условиях течения. Экспериментальное подтверждение отсутствия проскальзывания полимерных расплавов при низких скоростях течения было дано ден Оттером [121. Он использовал для наблюдений частицы гель-фракции, введенные в расплав полиэтилена, и изучал условия течения вблизи стенки. Эксперименты, в которых использовались трассеры большого размера, показали возможность появления проскальзывания на стенке [13, 14]. Часть этих наблюдений ден Оттер интерпретировал как артефакты, возникшие из-за несовершенства экспериментальной системы и больших размеров трассеров. Проскальзывание на стенке может наблюдаться также при высоких скоростях течения в области разрушения расплава (см. гл. 13). Этот случай типичен, например, для расплавов ПЭВД [15]. Явление, которое имеет место при повышенных скоростях течения, — стик—слип (отлипание—прилипание) заключается в том, что под действием растягивающих напряжений расплав отрывается от стенки (силы адгезии преодолеваются) и прилипает обратно, когда напряжения восстанавливаются [14]. В любом случае, особенно при скоростях ниже области разрушения расплава, используют условие прилипания. [c.115]

Степенная зависимость Тд от а вместо экспоненциальной для твердых полимеров свидетельствует о специфике механизма разрушения полимеров Б высокоэластическом состоянии. В табл. 11.2 этот механизм (механизм V) назван вязкоупругим. [c.338]

Отсюда следует, что кинетика процесса разрушения эластомера определяется главным образом не разрывом химических связей, происходящим на последнем этапе микрорасслоения, а процессами вязкоупругости в местах концентрации напряжения (в очагах разрушения). Таким образом, вклад релаксационных процессов в кинетику процесса разрушения является определяющим в отличие от хрупкого разрушения, где основной вклад в кинетику разрушения дают термофлуктуационные разрывы химических связей полимерных цепей. [c.344]

Разрыв сплошности, таким образом, ограничивает уровень динамического давления на фильтрат в пористой среде, улучшая тем самым его структурномеханические и изолирующие свойства. Из этого вытекает и принципиальное отличие движения вязкопластичных и вязкоупругих жидкостей в пористой среде при разрушении структуры первая из них снижает фильтрационное сопротивление, а вторая его увеличивает. [c.29]

Принцип температурно-временной суперпозиции хорошо описывает вязкоупругие свойства асфальтобетона. Для определения модулей жесткости, предельных деформаций при разрушении и других свойств асфальтобетонов при любой температуре и скорости приложения нагрузки достаточно знать температуру стек- [c.73]

Определение температуры хрупкости битумов при больших скоростях нагружения можно было бы допустить при условии, что свойства битумов не зависели или в одинаковой степени зависели бы от скорости нагружения. Однако при температурах выше температуры стеклования все свойства битумов, как и других вязкоупругих веществ, зависят от скорости нагружения, причем Б различной степени в зависимости от качества битумов 18, 11,12]. Объективное представление о хрупкости битумов можно получить только проведя испытание при временных режимах, соответствующих эксплуатационным. Естественно, что при эксплуатационных режимах нагружения лабораторное испытание практически неосуществимо, поэтому весьма интересным является определение температур хрупкости битумов при нескольких скоростях нагружения с тем, чтобы по установленной зависимости экстраполяцией можно было определить значение хрупкости при скоростях нагружения, соответствующих эксплуатационным. Поскольку в битумных и битумоминеральных покрытиях при эксплуатации возникают напряжения от механических нагрузок, а также термические и усадочные [13—16] при сложном их сочетании, то представляется целесообразным изучить влияние качества битумов на устойчивость к разрушению под действием каждого из названных напряжений в отдельности. [c.37]

Формула (6.33) описывает релаксационное разрушение в области нелинейной вязкоупругости, т. е. примерно при оо 0,5 От [26, 148]. Поскольку обычно константа /п>1, то с учетом выражения (6.31) для поверочных расчетов можно использовать асимптотическую оценку формулы (6.33). [c.213]

Постоянная е характеризует деформацию ползучести к моменту разрушения. В некоторых случаях она составляет примерно 0,1. При анализе вязкоупругих и усталостных свойств полиметилметакрилата Бессонов и Кувшинский обнаружили [24] более общее соотношение [c.246]

При приложении достаточно больших растягивающих усилий стеклообразные полимеры могут разрушаться хрупко, что определяется экспериментальными условиями, в том числе длитель ностью воздействия и температурой. Для характеристики процесса разрушения был предложен ряд критериев из них наиболее часто используются те, которые учитывают зависимость силы От деформации (см. рис. 21, стр. 183). Исходя из этих, главным образом технических, критериев, хрупкое разрушение характеризуется однородностью деформации вплоть до разрушения, которое происходит путем быстрого) прорастания трещины поперек образца, т. е. в плоскости, нормальной к приложенной растягивающей силе. Исследование разрушенного образца показывает, что отсут ствует как существенное уменьшение площади поперечного сечения в плоскости разрушения, так и остаточная продольная деформация обеих половин разрушенного образца. До деформации, отвечающей моменту разрушения, которая обычно меньше 5%, зависимость силы от де рмацин остается линейной. В общем случае природа процесса разрушения зависит от условий эксперимента. Хрупкое разрушение вязкоупругих материалов наблюдают при достаточно низких температурах и малых временах воздействия (или при высоких-скоростях деформации). [c.155]

Здесь будут рассмотрены предельная деформация цепей, кинетика образования свободных радикалов механическим путем и их реакций, начало роста и распространение обычных трещин, трещин серебра , а также дано объяснение сопротивления и критического коэффициента интенсивности напряжений и удельной энергии разрушения с точки зрения представлений о молекулярной структуре. Хотя основной интерес представляют именно эти вопросы, оказалось невозможным привести всю литературу по перечисленным проблемам. Автор заранее просит извинить его за все намеренные и случайные пропуски, которые будут обнаружены. Во веяком случае, в этой книге упоминается известная литература по морфологии, вязкоупругости, деформативности и разрушению полимеров. Надеюсь, что для объяснения разрушения полимеров с точки зрения молекулярных представлений она будет полезным дополнением к данной монографии. [c.7]

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]

Применение механики разрушения к вязкоупругой среде ограничивается отклонением от условия бесконечно малой деформации вследствие молекулярной анизотропии, локальной концентрации деформаций и зависимости напряжения и деформации от времени. Эта теория эффективна при исследовании распространения трещин. Аналитическое обобщение работы Гриффитса на линейные вязкоупругие материалы было предложено Уильямсом [36] и несколько раньше Кнауссом [37]. В гл. 9 будет дан более подробный расчет распространения трещины с позиций механики разрушения. Будут рассмотрены морфологические аспекты разрушения и влияние пластического деформирования, зависящего от времени, возникновения и роста трещины серебра и разрыва цепи на энергию когезионного разрушения полимеров. [c.72]

Согласно теории Буше—Халпина [69], разрушение эластомеров определяется ограниченной вязкоупругой растяжимостью каучукоподобных нитей. Авторы данной концепции предполагают, что большая часть волокон на вершине растущей трещины натянута до своего критического удлинения Кс,- Образец разрушается при большей деформации Хь, когда <7 волокон разорвутся за время Величины кь и Кс связаны через ползучесть материала и коэффициент концентрации напряжений. Предложенная теория позволяет рассчитать удлинение при разрыве кь, если известна ползучесть. При этом не учитывается зависимость концентрации напряжения от длины растущей трещины или уменьшения долговечности одного волокна в процессе ползучести образца. Предполагается, что все волокна придется вытянуть от практически нулевого удлинения до Кс-В первую очередь это удлинение будет влиять на численные значения д, которые можно рассчитать путем построения экспериментальных поверхностей ослабления материала. Группа из д волокон при статистическом развитии событий, когда разрушение одного из них может повлечь за собой полное разрушение последующего, определяется средней долговечностью < ь>, равной и распределением Пуассона для (ь. [c.91]

Выражения (9.14) — (9.18) не могут служить критериями разрушения, поскольку в них пе указывается, происходит ли разделение материала в пластически деформируемой областц и в какой момент оно происходит. Чтобы с помощью механикц разрушения определить стабильность трещины, имеющей упругую и пластическую области, следует найти пределы пластического деформирования, которые должны быть известны в явном или неявном виде. Ясно, что определение, объяснение и применение критических коэффициентов интенсивности напряжений для вязкоупругих твердых тел особенно сложно вследствие резко выраженной временной и температурной зависимости механических свойств этих материалов. Тот факт, что материал проявляет пластическое поведение, не отрицает пользы механики разрушения, но он ослабляет независимость характеристик механики разрушения О, К, Н) от геометрических параметров образца или даже исключает подобную независимость [6]. [c.340]

Экспериментальное и теоретическое исследование непрерывного роста трещины в вязкоупругой среде проводил Кнаусс [29]. На примере полиуретанового эластомера ( солитан 113 ) он изучил рост трещины при чистом сдвиге и получил решение вязкоупругой граничной задачи на собственные значения о распространении трещины в изотропном однородном несжимаемом твердом теле. Он нашел, что получаемая ранее особенность напряжения у вершины трещины исчезает. При таких условиях коэффициент интенсивности напряжения описывает лишь условия дальнего поля нагружения. Кнаусс установил, что энергия разрушения, зависящая от скорости процесса, по существу, является произведением внутренней энергии разрушения , вероятно, молекулярной природы и безразмерной функции, которая учитывает реологию материала, окружающего вершину трещины. Для полиуретанового эластомера внутренняя [c.357]

Выявлялась также продолжительность вязкоупругого состояния, так как ранее [5] было установлено, что гра-фитированные материалы до 2 200°С имеют хрупкий характер разрушения и лишь при температуре выше 2500 С приобретают вязкоупругие свойства. Резкое замедление скорости деформирования при выходе на изотермичес- [c.216]

Для характеристики особенностей строения макромолекул полимеров и их взаимодействия чаще всего проводятся исследования физических свойств разбавленных полимерных растворов разной концентрации. Вязкость, измеряГемая в обычных условиях, относится к почти предельно разрушенным пространственным структурам, обладающим в таких разбавленных растворах полимеров весьма малой прочностью. Случаю, когда практически отсутствует пространственная структура в системе, соответствует так называемая удельная вязкость (по терминологии Штаудингера). Исследования вязкоупругих свойств растворов полимеров в условиях [c.154]

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]

Роль вязкоупругих процессов в разрушении эластомеров следует из независимого цикла работ Томаса, Лейка, Линдлея, Маллин-за, Джента, Эндрюса, Смита и других английских ученых [12.1— 12.5 82]. [c.338]

Полученные результаты свидетельствуют о том, что процессы вязкоупругости и разрушения как в полярных эластомерах, так и в неполярных эластомерах определяются флуктуацнонной природой и молекулярной подвижностью надмолекулярных образований и соответственно Я-процессами релаксации, а также молекулярной подвижностью локальных диполь-дипольных узлов молекулярной [c.351]

Два важных ( остоятельства отличают вязкоупругость полимеров от вязкоупругости низкомолекулярных тел. Во-первых, масштаб времени. Для обнаружения упругости воды нужна очень большая скорость действия силы, для обнаружения вязкой деформации льда нужно очень большое время. Полимеры обнаруживают вязко-упругую деформацию при обычных временах действия силы. Во-вторых, масштаб упругой деформации. Упругая деформация до разрушения в низкомолекулярных телах составляет доли процента или несколько процентов. В полимерах упругая (эластическая) деформация может составлять десятки, сотни, а то и тысячи процентов. Условия проявления такой большой упругой деформации мы разберем ниже. [c.100]

Реологическое поведение вязкоупругих жидкостей далеко не всегда удовлетворяет модели Максвелла, что связано, например, с разрушением имеющейся в системе структуры (или с конформаци-онными изменениями в случае полимеров) с увеличением скорости сдвига. При этом модуль Гука и коэффициент вязкости уже не являются постоянными, и метод Кросса оказывается неприменим. [c.55]

Р. вязкоупругих полимеров рассматривает также явления, связанные с релаксационными и фазовьпуш переходами, вызванными процессом деформировашгя. К явлениям этого типа относится описанный выше переход жидкости в твердообразное состояние цри 8у 1. При рчснь больших скоростях деформирования может происходить стеклование полимера с последующим хрупким разрушением. Деформирование концентрир. р-ров полимеров влияет на их кристаллизацию, изменяя как равновесную т-ру фазового перехода, так и его кинетику, а также структуру (и, следовательно, св-ва) кристаллич. в-ва. [c.247]

Динамические методы. Динамические методы рерлогических испытаний получили в последние годы широкое распространение. При испытаниях вязкоупругий материал подвергается знакопеременным (циклическим) сдвиговым деформациям при сравнительно малых амплитудах в широком диапазоне изменения частот колебаний. В отличие от испытаний при стационарном режиме циклическое деформирование не приводит обычно к разрушению вторичных (надмолекулярных) структур материала, поэтому особенно удобно применять этот вид испытания для оценки реологических [c.60]

Были испытаны на изгиб асфальтобетонные образцы—балочки размером 120 X 25 X 25 мм в интервале температур от +30 до —40°С при 3 скоростях приложения нагрузки, равных 0,7 60 и 120кг/см .с. Прикладываемая нагрузка и прогиб образцов фиксировались во времени с помощью киносъемки скоростной кинокамерой СКС-1М. Определялись модули жесткости, предельные разрушающие нагрузки и деформации при разрушении. Температурные зависимости модулей жесткости, дефор-маций и предельных разрушающих напряжений асфальтобетонных образцов на битуме 2 (табл. 1), определенные по экспериментальным данным, представлены на рис 1. Главным при описании свойств вязкоупругих материалов с помощью принципа температурно-временной суперпозиции является определение коэффициентов приведения или, иными словами, величин, на которые должны быть сдвинуты точки кривой вдоль оси времен приложения нагрузки или температур. [c.68]

Вследствие того что полимеры обладают вязкоупругими свойствами, значения а и е в данный момент времени зависят от пути достижения этого состояния. Поверхность физических свойств в пространстве а, е, 1 характеризуется тем, что в случае сложнонапряженного состояния каждая из компонент напряжения может иметь свою временную предысторию. Тогда условия разрушения описывают, используя изохронные значения Ор,- или Ер,-. При этом последние образуют поверхность разрыва, которая определяет связь между тремя главными значениями напряжения или деформации при разрыве. Аналогичные поверхности могут быть построены для таких характеристик разрушения, как предел текучести или предел вынужденной эластичности. [c.73]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология