Энергия раздира

Под энергией раздира понимают энергию, затрачиваемую на рост трещины единичной длины через полоску резины при толщине ее, равной единице. Энергия раздира является характеристикой материала и зависит от температуры и скорости разрастания надреза. При малых скоростях энергия раздира мала, но все же она значительно больше, чем свободная поверхностная энергия ( 10 Дж/м ), а при больших скоростях она велика (10 — — 10-5Дж/м2). [c.334]

Как уже отмечалось, это уравнение не имеет строгого обоснования, хотя и содержит определенный физический смысл. Вероятно, имеет смысл вести исследование энергии раздира в зависимости от различных факторов, с осторожностью относясь к применению формулы Гриффита в виде (11.45) для расчета прочности эластомеров. Этот вывод подтверждается работой Бикки и Берри [12.6], в которой произведена прямая проверка применимости критерия Гриффита к эластомерам. Исследовались зависимости между разрывным напряжением Ор, модулем упругости Е и длиной надреза /. Было установлено, что существует зависимость Ор ЕЦ, а не Ор=У //, как это следует по Гриффиту. [c.335]

Ниже этой области экспоненциальной зависимости наблюдается прямая пропорциональность между ростом трещин и энергией раздира, что позволяет найти предельное значение скорости механического разрастания трещин. [c.538]

Попытки установить соответствие между испытаниями на разрыв и раздир не дали положительных результатов. Различие возникает из-за фактического существования дефектов структуры, их случайного распределения по форме и размерам в объеме материала. Более того, отмечается повышенная чувствительность сопротивления раздиру к рецептурным и технологическим факторам (степени вулканизации, пластикации каучука, нарушениям в режиме смешения и т.д.). Корреляция между характеристической энергией раздира Я и удельной [c.538]

В связи с тем, что по раздиру резин имеется только разрозненная литература и отсутствует ясность в отношении физического смысла характеристической энергии раздира, в книгу включена специальная глава по теории раздира резин, [c.8]

Экспериментальное определение характеристической энергии раздира [c.236]

Определение характеристической энергии раздира [c.239]

Данные, приведенные на рис. 143, указывают на определенную связь между характеристической энергией, найденной экспериментально, и величиной, характеризующей внутреннее трение резин. Чем больше внутреннее трение, тем больше экспериментально найденное значение характеристической энергии раздира. Экстраполяция линейных зависимостей к нулю приводит к выводу, что экспериментально определенная характеристическая [c.239]

Энергия, увеличивающаяся с ростом надреза, является удельной энергией раздира тонкой полоски материала, даже если она зависит от формы надреза. Принимают [599], что характеристическая энергия в значительной мере определяется формой надреза вблизи вершины и степенью растяжения в вершине в момент раздира. В меньшей мере она зависит от формы образца и от того, как приложена сила в областях, существенно удаленных от вершины трещины. [c.267]

Удельную энергию раздира полимерных материалов многократно определяли экспериментально на образцах различной формы [599]. Так, при использовании образца специальной формы удельную энергию раздира I определяли, относя значение Лйс к единице длины. Увеличение общей длины образца между зажимами (11 равно 2к с (где Я — относительная длина). Таким образом [c.268]

При экспериментальном определении удельной энергии раздира обычно строят кривую зависимости деформирующей силы от заданного значения длины образца в области, соответствующей началу роста надреза, и определяют площадь под кривой Р = I (/), численно равную и. Зная 11 при разных с, нетрудно определить ди/дс и, следовательно, найти удельную энергию раздира. [c.269]

Одним из наиболее интересных методов определения прочности при раздире является определение удельной энергии раздира на образцах, деформирующихся по типу простого растяжения. Этот метод в настоящее время стандартизован в различных странах. На рис. XI.7 представлен внешний вид образца, используемого в этом методе. Образец закрепляется крыльями разрезанной части в зажимы разрывной машины и при раздвижении зажимов производится раздир образца. Для одних материалов изменение усилия в процессе раздира колеблется около постоянного значения (рис. XI, 8, а), а для [c.235]

XI, 8, б). В первом случае энергия раздира Н определяется по формуле [c.236]

Формальный математический анализ показывает, что для увеличения длины трещины на йс должна быть совершена работа, пропорциональная энергии раздира Т в расчете на единицу площади и толщине пластинки I. Приравнивая совершенную работу изменению упруго запасенной энергии, получим [c.341]

Ривлин и Томас [49] обнаружили, что измерения дают два характеристических значения энергии раздира одно — при очень малой скорости раздира (Г = 3,7-10 эрг/см ) и другое — для катастрофически быстрого разрастания трещины (Т = = 1,3-10 эрг/см ),—причем обе эти величины не зависят от формы исследуемого образца. [c.342]

Важно подчеркнуть, что энергия раздира резины не связана непосредственно с сопротивлением разрыву. Энергия разрыва есть энергия, необходимая для растяжения резины до максимального удлинения, которое может выдержать образец. Она зависит от формы кривой напряжение — деформация так же, как зависят характеристики гистерезисных свойств резины. Можно, например, различить две разных резины первую — обладающую высоким сопротивлением разрыву, но очень малым разрывным удлинением в очень малыми гистерезисными потерями, и вторую — с низкой прочностью, но высоким разрывным удлинением и большими гистерезисными потерями. Несмотря на сравнительно низкую прочность, вторая резина может все-таки характеризоваться высоким значением энергии раздира. [c.342]

Рнс. 2. Образцы для испытания на уд. энергию раздира (ГОСТ 12014 — 66) А — до деформации (1, с о Л) [c.449]

Удельная энергия раздира Н (ГОСТ 12014-66) — работа образования единицы площади [c.446]

Рис. 3. Диаграмма нагрузка О — время и, записываемая при опре- делении уд. энергии раздира (ГОСТ

В связи с изучением зависимости энергии поверхности разрушения от скорости нагружения следует напомнить о первых широких применениях испытания на раздир (метод III) (например, [5, 23—28]). При таком виде разрушения материал в области вершины трещины испытывает сложное в значительной степени пластическое деформирование. Не вдаваясь в подробности, МОЖНО отметить, что скорость влияет на степень пластического деформирования (а следовательно, и на поверхность разрушения или энергию раздира) [23—29]. Это влияние связано с максимумами р- и v-релаксацни [5, 23—26]. Как правило, энергии раздира термопластов и каучуков довольно велики, например, для ПС энергия раздира 1 кДж/м , для ПЭ 20—200 кДж/м2, а для различных сополимеров бутадиена 0,1—500 кДж/м [24—26]. Относительно эластомеров Томас [27], а также Ахагон и Джент [28] сообщают, что после введения поправки, учитывающей изменение эффективной площади разрушения, для различных условий эксперимента можно получить общее пороговое значение энергии разрушения То, равное 40—80 Дж/м . Показано, что данная энергия не зависит от температуры и степени набухания в различных жидкостях. Пороговая энергия незначительно убывала с увеличением степени сшивки (образцов полибутадиена). В агрессивной среде (кислород, озон) То существенно уменьшается. [c.357]

Как отмечает Берри, исследования прочности полимеров развиваются в двух направлениях. Первое относится к механике разрушения и к энергетическому подходу исходя из работ Гриффита и модели упругого твердого тела с микротрещиной, т. е. рассматриваются макроэффекты разрушения. Второе направление относится к физике (кинетике) разрушения и рассматривает молекулярноатомные механизмы и микромеханику разрушения. На Западе предпочитают первый подход (Гриффита), в СССР — второй (Журкова). Рассмотрим вначале результаты первого подхода к эластомерам. В этих опытах исследования механики разрушения проводились на образцах эластомеров и резин с искусственными надрезами. Методика испытания образцов с надрезом получила название испытания на раздир, который широко изучался в работах Ривлина и Томаса [12,1], Томаса [12.2] и других исследователей [12.3 12.4 82]. В процессе испытаний на раздир определялась энергия разрушения, которая зависела от заданной скорости движения зажимов. Энергия раздира включает свободную энергию образования новых поверхностей и механические потери, причем механические потери столь велики, что превышают свободную поверхностную энергию на много порядков. Эластомер считается тем прочней, чем большие затраты работы внешних сил требуются на раздир. [c.334]

Ривлин и Томас, по существу, для эластомеров применили формулу Гриффита в виде уравнения (11.45) Орована — Ирвина, где а имеет смысл характеристической энергии разрушения (энергии раздира). [c.335]

Прочность образцов, содержащих дефекты в виде надрезов, проколов, принято оценивать сопротивлением раздиру (отношение разрушающей нагрузки к толщине образца) или удельной энергией раздира, представляющеГ собой работу образования единицы площади поверхности образца. [c.344]

Наконец, еше одно существенное возражение против метода расчета Ривлина и Томаса заключается в следующем. Если каким-го способом правильно найдена из опытных данных производная [д 1дс)1 , то связать ее с характеристической энергией, строго говоря, нельзя, так как эта производная в действительности определяет суммарное уменьшение упругой энергии в образце в процессе роста надреза. Упругая энергия расходуется ие только на образование новых поверхностей и связанное с этим рассеяние энергии, но и на дополнительные процессы разгрузки в объеме, окружающем надрез, учесть которые не представляется возможным. Так, на рис. 137 прямая 1 изображает зависимость от начальной длины надреза Сд той части упругой энергии образца, которая идет только на образование новой поверхности. Тангенс угла наклона прямой / есть характеристическая энергия раздира (см. стр. 228), рассчитанная, какэто часто делается, на 1 см удлинения надреза. Наклон этой прямой постоянен, в то время как производная дWlд (кривые 2 и 5), характеризующая суммарное изменение упругой энергии, меняется с с . [c.231]

Поскольку энергия раздира по оиределению равна с1г = 2ЬТ эйс, окончательно баланс энергии можно записать таким образом [c.234]

Механические потерн, как мы уже отмечали, имеют место во всем объеме образца. В частности, при испытании образцов третьего и четвертого тиисв прогсхсдят потери, связанные с переходом все новых участков образца через область изгиба в область простого растяжения. Характеристическая энергия раздира н механические [c.237]

Анализ экспериментальных данных приводит к выводу, что при разрыве энергия рассеивается не только вблизи вновь обра зующихся поверхностей, но во всем объеме. При этом рассеивающаяся энергия не пропорциональна площади новых поверхностей, и поэтому формулу Гриффита даже при замене поверхностного натяжения на характеристическую энергию раздира для резии применять нельзя. Кроме того, теория Гриффита, развитая им для хрупких материалов, не учитывает влияния молекулярно ориентации и изменений структуры резины при растяжении. [c.242]

Теория определения энергии раздира подробно рассмотрена в работе [2], а вопросы ее применения к полимерным пленкам — в работе [3]. Удалось показать, что определяя энергию раздира по отношению к действительной величине вновь образовавшейся поверхности, можно найти показатель свойств при раздире, не зависящей от толщины пленки. Параллельно с этим методом определения свойств при раздире применяют и другие методы, например ASTM D 1922—67 и ASTM D 1004— 66. В первом случае раздирается образец в форме по-лудиска (XI.9, fl) с помощью маятникового прибора, и показатель раздира определяется по потере энергии маятника. Во втором случае раздир проводится на образце с концентратором в виде выреза под углом 90° [c.236]

Раздир резин широко изучался в работах Ривлина и Томаса [49] и Томаса [50] с сотрудниками.Теория Гриффита предполагает, что квазистатическое разрастание трещины является обратимым процессом. Ривлин и Томас отметили, однако, что это не является непременным условием и что снижение запаса упругой энерг и в результате разрастания трещины может быть сбалансировано изменениями величины энергии иного вида, а не только ростом энергии образующейся поверхности. Их задачей было определить величину, называемую энергией раздира , которая представляет собой энергию, затрачиваемую на рост трещины единичной длины при толщине образца, равной единице. Энергия раздира включает энергию образования новой поверхности, энергию, диссипируемую в процессе пластического течения, и энергию, диссипируемую необратимо в процессах вязкоупругой деформации. Предполагая, что все эти три вида затрат энергии пропорциональны приросту длины трещины и в первую очередь определяются характером напряженного состояния вблизи вершины трещины, можно считать, что общая величина энергии все-таки окажется не зависящей от формы образца и способа приложения деформирующего усилия. [c.341]

Исследования механики разрушения проводились на образцах эластомеров и резин с искусственным надрезом. Испытание образцов с надрезом получило название раздир и широко применялось в работах Ривлина и Томаса [7.86, 7.87] и других исследователей [7.88—7.94]. В процессе испытаний па раздир определяется энергия разрушения, которая зависит от скорости, движения зажимов. Энергия раздира включает свободную энергию образования новых поверхностей и механические потери, превышающие свободную поверхностную энергию на много порядков. Эластомер считается тем прочней, чем больше затрачиваемая работа внешних сил на раздир. Таким образом, в этих работах установлена связь между гистерезисом и прочностью эластомеров, а, следовательно, показано, что релаксационные явления (механические потери) определяют прочностные свойства этих материалов. [c.220]

Ривлин и Томас и др. для эластомеров применяли критерий Гриффита в виде формул Орована — Ирвина (4.38), где Ок — характеристическая энергия разрушения (энергия раздира). Как уже отмечалось, это уравнение не может быть строго обосновано, хотя и имеет определенный физический смысл. Поэтому исследовать зависимость энергии раздира от различных факторов, базируясь на формуле Гриффита — Орована — Ирвина можно лишь качественно. Но и этот вывод не подтверждается работой Бикки и Берри [7.96], в которой произведена прямая проверка применимости критерия Гриффита к эластомерам. Исследовалась зависимость разрывного напряжения сГр от модуля упругости Е и длины надреза /о. Было установлено, что эта зависимость имеет вид ар Е о, а не ор- /Е11о, как это следует из критерия Гриффита. [c.221]

Один из путей повышепия ирочпости Р.— введение активного наполнителя. Поверхность разрушения в этом случае увеличивается, что проявляется в узловатом раздире материала. Аналогично активному наиолиителю па повышение прочности влияет кристаллизация при растяжении, обусловливающая толчкообразный раздир. Принцип температурно-временной суперпозиции применим к уд. энергии раздира Яр только при гладком раздире. [c.161]