Энергия в вязкоупругих материалах

Таким образом, рассеяние упругой энергии при деформации определяет механические свойства реальных материалов, которые обычно называют вязкоупругими свойствами. Учет рассеяния упругой энергии требует рассмотрения изменений свойств материала во времени, т. е. в уравнение, описывающее связь напряжения и деформации, должно входить и время. Так, для одноосного нагружения [c.56]

По Ребиндеру, работа, затрачиваемая на измельчение, состоит из двух слагаемых энергии, идущей на образование новой поверхности, и энергии вязкоупругой деформации материала [c.59]

Интересно сравнить уравнение (4.100), вывод которого был основан на использовании модели Фойгта, с уравнением (4.15), полученным в работе [1]. Оба уравнения выведены для случая качения сферы по вязкоупругому материалу, однако уравнение (4.100) наиболее пригодно для описания трения качения при высоких скоростях. Действительно, при таких скоростях вязкоупругий материал не успевает восстанавливаться после прохождения сферы, и длина контакта уменьшается до половины по сравнению с длиной в статических условиях. Отсюда следует, что энергия Фа, затраченная на деформирование этого материала, никогда не восстанавливается, поэтому а = = 1 [см. уравнение (4.15)]. Из сопоставления этих двух уравнений следует, что так как Ф в уравнении (4.100) идентично отношению-а/Я в уравнении (4.15), то /гист> определенный по уравнению (4.100), [c.82]

Показать, что если вязкоупругий материал подвергается воздействию деформации, которая является синусоидальной функцией времени, то максимальная энергия, запасенная материалом, в любой момент в продолжении цикла равна 0 -, . [c.76]

Подобный вывод получают на основании термодинамического подхода, аналогичного такому обобщению теории Гриффита, при котором учитывается кинетическая энергия, как это было описано выше. При этом увеличение кинетической энергии не учитывается и заменяется диссипацией при вязком трении . Отсюда делают вывод, что распространение трещины возможно только в случае, если приложенное напряжение превышает напряжение, определяемое критерием Гриффита тогда ясна аналогия со случаем чистой упругости. В значительной мере подобный, но проведенный независимо анализ поведения вязкоупругого материала, подверженного продольному сдвигу, приводит к очень близким следствиям [c.151]

Затрачиваемая работа зависит от степени измельчения и деформационных свойств перерабатываемого материала. При тонком измельчении первый член в формуле (2.14) имеет преобладающее значение, так как он связан с образованием большой новой поверхности AF. Он становится особенно значимым для материалов с большой внутренней когезией, когда для образования единицы новой поверхности требуется значительная затрата энергии. Второй член носит энтропийный характер. Для того чтобы получить новую поверхность, измельчаемое тело необходимо подвергнуть деформации (растяжения, сдвига, сжатия). При этом до момента образования новой поверхности происходит упругая или вязкоупругая деформация. Чем выше прочность материала или больше его деформация до разрыва, тем больше энергия, затрачиваемая на побочный процесс, не связанный с образованием новой поверхности материала. [c.59]

В вязкоупругих материалах мгновенная скорость рассеивания энергии единицей объема материала в данный момент времени определяется уравнением [c.66]

Из рис. II. 19 видно, что для определения какой-либо механической характеристики полимерного материала надо знать, как она изменяется в широком интервале времен при различных температурах. Действительно, если соответствующая характеристика известна при определенных времени и температуре Ти то для оценки изменения интересующих нас механических свойств при некоторой температуре Тг необходимо знать либо энергию активации (чтобы использовать формулы теории линейной вязкоупругости), либо их эмпирические зависимости, чтобы на основе известных данных получить информацию о закономерностях их [c.175]

Выше, при определении условий неустойчивости, предполагали, что материал ведет себя как упругое тело и существует только один механизм рассеяния энергии — на создание новых поверхностей, даже если локальное напряжение приближается к напряжению, соответствующему силам молекулярной когезии. При разрушении таких материалов, как сильно переохлажденные стекла, это допущение, возможно, подтверждается. Однако в металлах и в стеклообразных полимерах доказано существование локальных пластических и вязкоупругих процессов, которые [c.143]

Достаточно ясно, что зависимость и е от времени связана с вязкоупругими свойствами каучука. Можно предположить, что при больших значениях приведенного времени образец разрушается, когда упругая энергия, запасенная в резине, достигает определенного значения и когда наиболее короткие цепи находятся в полностью вытянутом состоянии. При таких температурно-временных условиях все цепи имеют возможность свободно перестроиться за данный промежуток времени, а локальная вязкость слишком мала, чтобы существенно повлиять на движение цепей. Свойства полимера при этом отражают поведение материала в ус- ловиях равновесия и не зависят от времени. [c.327]

Один из недостатков, возникающих при измельчении вязких, упругих и вязкоупругих материалов (резина, некоторые виды термопластов и др.), заключается в том, что при комнатной температуре энергозатраты на их переработку очень велики, хотя непосредственно на измельчение расходуется не более 1 % энергии, основная же ее часть преобразуется в теплоту. Поэтому в последние 15—20 лет все большее применение находит техника криогенного измельчения, которая позволяет охлаждать материал ниже температуры хрупкости. Как правило, в качестве охлаждающего агента используют жидкий азот, имеющий температуру - 196°С, что ниже температуры хрупкости большинства полимерных материалов. [c.104]

Если графически представить молекулярную массу (или такую ее функцию, как вязкость) в зависимости от числа пропусков через капилляр или от продолжительности пребывания образца в ротационном приборе, в основном наблюдается плавное снижение молекулярной массы. При этом сначала молекулярная масса быстро уменьшается, а затем достигает определенного постоянного значения Мцт- Однако, если на графике приводятся значения усилия сдвига, требуемого для обеспечения постоянной скорости в зависимости от числа пропусков через капилляр, характер кривых оказывается различным. Усилие сдвига с уменьшением числа пропусков через капилляр на ранних стадиях снижается относительно медленно, однако это снижение заметно ускоряется на последней стадии процесса деструкции. В конце концов усилие сдвига достигает постоянного значения (рис. 8.3). Это различие объясняют, исходя из предположения о том, что приложенное усилие сдвига включает энергию, расходуемую на процессы деструкции, а также на преодоление вязкоупругого сопротивления материала 170]. Примечательно, что высокие напряжения, которые обеспечивают протекание механохимических процессов, во многих случаях препятствуют одновременному измерению истинной вязкости, особенно при использовании коротких капилляров. [c.367]

Сравнительная оценка разбухания полимеров на выходе из каналов произвольного (некруглого) сечения, представляющих наибольший интерес для технологии экструзионного формования, связана с определением эффективного (среднеинтегрального) напряжения, действующего в потоке расплава, и упругой энергии, запасенной полимером при течении. Это, однако, представляет существенные трудности из-за необходимости строгого решения задачи о распределении напряжений по сечению канала сложной формы и учета нелинейной вязкоупругости материала, а также неодномерности течения на отдельных участках (например, в зоне входа и участках переменпого сечения) формующего инструмента. Для инженерной практики задача может быть упрощена, если применить подход к обобщению результатов оценки разбухания, предложенный в работах [152, [c.216]

Тейбор [33] распространил на эластомерные материалы первоначально развитое для металлов представление о двух составляющих коэффициента трения адгезионной и деформационной. Он отметил, что деформационная составляющая становится существенной при трении эластомера с высоким гистерезисом по грубым неровностям с закругленными вершинами в присутствии смазки. Гринвуд и Тейбор [34] установили связь трения качения и трения скольжения сфер по резиновым подложкам. Они показали одинаковое влияние гистерезиса на трение в обоих случаях. Эти же авторы [35] позднее усовершенствовали свою раннюю теорию, установив связь потерь энергип с напряжением, а не с общей энергией деформации за ка-ж ],ый цикл. Флом и Бики [36] связывали сопротивление качению вязкоупругих материалов с временем релаксации. Норман [37] исследовал трение качения жесткого цилиндра по вязкоупругой плоскости и установил теоретически, что коэффициент трения (обусловленный гистерезисом) является сложной функцией тангенса угла механических потерь мягкого материала. Результаты испытаний по трению при высоких скоростях, полученные в ранних работах Тейбора, были подтверждены данными Сэйби [38] по трению сферических и конических инденторов по смазанной поверхности резин. [c.13]

В вязкоупругих моделях сплошных сред, рассмотренных в данном разделе, используются теория высокоэластического состояния и принцип температурно-временной суперпозиции. При этом неявно принимается молекулярная природа вязко-упругого поведения материала, но явно не вводятся такие неконтинуальные понятия, как дискретность вещества, неравномерность структуры, упорядочение молекул, анизотропия молекулярных свойств, распределение молекулярных напряжений и накопление энергии деформации. Если отдельные акты молекулярного масштаба и неравномерность распределения напряжения или деформации незаметны или не представляют большого интереса, то вполне допустимо представление твердого тела как сплошной среды. [c.75]

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]

Динамическими называют условия, при которых внешнее воздействие на пленку изменяется по величине и знаку (циклические напряжения). В таких условиях материал находится в неравновесном, нерелаксированном состоянии, и это можно использовать для определения вязкоупругих свойств. Вязкие или зависящие от времени свойства не фазированы с напряжением, тогда как упругие или мгновенные свойства находятся в фазе с напряжением. Находящееся в фазе свойство называется динамическим модулем, поскольку в этом случае упругая энергия сохраняется и может высвободиться после снятия напряжения. Свойство, находящееся не в фазе, называется модулем потерь, поскольку энергия в процессе вязкого течения переходит в тепло. Такие свойства обычно измеряются в зависимости от температуры и/или частоты. Температуру и частоту можно объединить в едином температурно-временном преобразовании, тогда свойства могут быть измерены в пределах реального времени [23]. На рис. 1.14 показаны кривые анализа механических свойств для ПП. [c.38]

Для многих матер алов, являющихся предметом изучения классической физик или имеющих практическое значение для техники, вязкоупругими аномалиями можно пренебречь или же они имеют небольшое значение. Хотя феноменологическая теория вязкоупругости основывалась на экспериментах по ползучести и релаксации металлических и стеклянных нитей [3—6] и хотя изучение рассеяния энергии при синусоидально изменяющихся дефор.мациях представило ценные сведения о строении металлов [7], отклонения от идеальной упругости в этих случаях несущественны. В полимерных системах, наоборот, механическое поведение в основном определяется вязкоупругими свойствами, которые часто действительно поразите.тьны. [c.16]

При свободной заливке литниковая система не имеет жесткой связи с формой. Такой подход затрудняет производительное изготовление сложных изделий, не требующих дополнительной механической доработки. В этом случае необходимо обеспечить подпитку формы неотвержденной смесью для компенсации усадки, особенно в тех случаях, когда применяют высокие температуры отверждения или быстро реагирующие композиции. С этой целью для интенсификации процесса химического формования используют метод литья под давлением. Отличием процесса литья реакционных смесей под давлением от аналогичного процесса получения изделий из термо- и реактопластов является отсутствие затрат тепловой и механической энергии на расплавление гранулированного или порошкообразного сырья и последующую обработку вязкоупругих расплавов. Получили распространение несколько основных вариантов метода литья под давлением. По одному из них (рис. 4.37) исходную смесь, как и при свободном литье, готовят в вакуум-смесителях, откуда подают под давлением 0,1— 0,4 МПа через управляемый литьевой клапан в литьевую форму. Так как в данном случае используют герметичные формы, то для их заполнения низковязкой смесью возможно применение вакуума. После заполнения формы необходимым объемом смеси клапан отсекает подачу материала и одновременно обеспечивает подпитку формы неотвержденной смесью из литникового канала. [c.151]

Рассмотрим, например, способ определения ддарной вязкости по Шарпи. Он относится к методам испытании с высокой скоростью деформирования при трех- или четырехточечном изгибе. Если испытываются образцы без надреза, то определяется преимущественно упругая энергия, накопленная в бруске перед разрушением, а ее величина определяется размерами и формой образца, разрушающим напряжением, модулем упругости образца и развитием в нем каких-либо пластических деформаций. Если в материале практически не развиваются пластические деформации, он не чувствителен к скорости деформирования. Тогда показатель вязкости разрушения по Шарпи с хорошим приближением равен площади под суммарной кривой нагрузка — деформация при низкоскоростном изгибе. Однако очевидно, что если материал чувствителен к скорости деформирования, например, в случае нехрупких полимеров, уменьшение вязкоупругих деформаций при высокой скорости деформирования приведет к снижению энергии разрущения по сравнению с медленным изгибом. [c.64]

Так как характеристики механического поведения полимеров связаны главным образом с процессами внутреннего трения, то неизбежно существуют прямые связи между запаздыванием процесса во времени и закономерностями флуктуации термической энергии. Кроме того, ясно, что эту взаимосвязь можно рассматривать в терминах температурновременных зависим9стей, следовательно, эти зависимости могут применяться для предсказания поведения материала при других временах, или температурах, при которых эксперимент не проводился. Такой подход является особенно полезным для области линейной вязкоупругости. [c.72]