Поверхность энергии раздира

Рис. 50. Поверхность энергии раздира для ненаполненного вулканизата БСК, иллюстрирующая зависимость энергии раздира от температуры и скорости раздира Заштрихованная часть поверхности обозначает приближенный предел начала скачкообразного раздира.

Рис. 51. Поверхность энергии раздира для ненаполненного вулканизата натурального каучука -

Рис. 52. Поверхность энергии раздира для вулканизата БСК, содержащего 30 вес. %

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

Энергия раздира удельная — энергия, рассеиваемая при образовании единицы поверхности раздира за счет изменения общей энергии раздираемого образца. [c.570]

Наиболее объективной характеристикой сопротивления раздиру является удельная, или характеристическая, энергия раздира Н. Она складывается из приходящихся на 1 см поверхности раздира свободной поверхностной энергии вновь образовавщихся поверхностей и энергии, рассеянной в виде тепла. Характеристическая энергия раздира определяется по ГОСТ 12014—66. Образцы (рис. 28) изготовляют из вулканизованных резино-тканевых пластин. Ткань должна быть нерастяжимой — это исключает затрату работы на деформацию образца. Испытание производится на разрывной мащине и сводится к снятию пишущим прибором диаграммы [c.87]

Сопротивление раздиру выражают в виде работы затраченной при образовании единицы поверхности, возникшей при разрушении. Часть работы, которая отражает собственно работу разрушения (рост трещины при постоянной длине рабочего участка), носит название характеристической энергии раздира (Я). [c.79]

Одним из наиболее распространенных видов концентраторов напряжений, встречающихся в РТИ, являются поверхностные дефекты, возникающие как прн изготовлении, так и при эксплуатации изделий. Обычно их моделируют искусственно с помощью надреза, нанесенного на поверхность образца. Закономерности разрастания такого надреза и его влияние на механизм усталостного разрущения подробно изучены [93—95] (см. раздел 5.1.3). Установлено, что при заданном значении удельной энергии деформации нанесение надреза размером с на образец приводит к увеличению характеристической энергии раздира, при этом коэффициент не изменяется. [c.193]

Физически обоснован [3—5] показатель характеристической энергии раздира как энергии Н, рассеиваемой в неравновесных условиях деформирования за счет упругой энергии деформации W раздираемого образца при росте на нем надреза (изменении длины с) и образовании единицы поверхности раздира [c.244]

Энергия раздира аналогична поверхностной энергии разрушения жесткого материала в том смысле, что она является энергией, необходимой для образования единицы площади поверхности в процессе увеличения размера начального дефекта. Величины, полученные для натурального каучука (1,1 10 5/ г/сл( ), показывают, что при испытании на раздир также происходит рассеяние энергии вследствие неупругих процессов, которые, вероятно, связаны с кристаллизацией в вершине раздира, обусловленной большой деформацией в этой точке. Исследования проводились с целью изучения раздира при динамических условиях и при различных температурах, причем энергия раздира была использована как параметр, характеризующий в этих условиях поведение материала [c.184]

Наиболее объективно сопротивление раздиру оценивается характеристической энергией раздира, т. е. энергией, затрачиваемой на образование единицы свободной поверхности в процессе раздира. Характеристическая энергия раздира Н определяется [c.21]

По определению, характеристическая энергия раздира — это энергия, затрачиваемая на образование единицы свободной поверхности при раздирании. Эта энергия не равна, однако, поверхностной энергии, поскольку процесс термодинамически необратим и большая часть энергии, затрачиваемой на деформирование резины в вершине растущего надреза, рассеивается в виде тепла. [c.115]

Рассеиваемая энергия, по определению, равна произведению характеристической энергии раздира на образующуюся поверхность, т. е. [c.116]

Зависимость характеристической энергии от скорости перемещения зажимов носит сложный характер, так как при малых скоростях наблюдается волокнистое разрушение с образованием шероховатой поверхности раздира, при больших, как н нри разрушении твердых тел, образуется гладкая поверхность раздира (рис. 141). [c.237]

Высокую прочность, эластичность, хорошее сопротивление раздиру, высокие динамические свойства этих вулканизатов сразу связали (Браун, 1955 г.) с ионным характером возникающих вулканизационных связей, так как сшивание по карбоксильным группам с образованием ковалентных связей приводит к получению вулканизатов с низкими физико-механическими свойствами, характерными для обычных ненаполненных вулканизатов каучуков нерегулярного строения. Химическая реакция между оксидами металлов и карбоксильными группами была доказана различными методами и привела вначале к представлению о солевых поперечных связях, которые, как считали, способны легко перегруппировываться при приложении нагрузки или повышении температуры испытания. Это допущение противоречит высокому значению энергии солевых связей, поэтому предположили (Б. А. Догадкин, 1960 г.), что перегруппировка связей облегчается в результате скольжения ионизированного карбоксила по ионам металла на поверхности частиц оксида. [c.56]

В процессе разрушения основное количество энергии затрачивается на пластическую деформацию в источниках разрушения. Как упоминалось ранее, источники разрушения обычно представляют собой фокусы парабол, в которых происходит значительная деформация. Линии раздира представляют собой границы между элементами разрушения, распространяющимися на различных уровнях. Эти линии имеют тенденцию образовывать шероховатую поверхность, и в общем случае можно сказать, что чем более шероховата поверхность разрушения, тем более высокая энергия затрачена на распространение трещин. [c.209]

При раздире некоторых образцов проявляются значительные циклические колебания усилия, необходимого для осуществления раздира, и связанные с этим колебания скорости распространения надрыва. Каждое сильное колебание проявляется на поверхности разрушения как линия разницы уровней. Это явление сравнимо с явлением периодического прилипания и скольжения при трении оно является, вероятно, только другим проявлением прерывистого характера распространения разрыва. Переходы могут быть вызваны, по крайней мере локально, внезапной диссипацией запасенной упругой энергии и связанным с этим снятием напряжения. Затем распространение разрушения замедляется до тех пор, пока запасаемая энергия не достигнет требуемого уровня. [c.211]

Попытаемся теперь выяснить смысл критерия раздира в терминах поверхности а, е, t, изображенной на рис. 9. Из уравнений (107) и (108) видно, что прямая аналогия не имеет места, поскольку критерий раздира зависит не от критического значения напряжения или деформации, а от критического значения части энергии разрыва Е , определяемой критическим значением произведения Е -с или Et-ii. Индекс т показывает, что величина работы деформации при данном значении X отличается от работы деформации в отсутствие трещины. [c.373]

В соответствии с критерием раздира, предложенным первоначально Гриффитом [7], надрез длиной С разрастается на величину (1С при предельном растяжении образца только, если упругая энергия W, запасенная в образце, при этом уменьшается на величину dW, большую, чем увеличение поверхностной энергии за счет вновь образующейся поверхности. Если площадь новой поверхности, образованной возрастанием надреза на длину йС, равна ё.А, то критерий Гриффита может быть написан в следующем виде [c.242]

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]

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]

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]

Первичным актом истирания, определяющим интенсивность абразивного износа и износа посредством скатывания , является возникновение на поверхности резины раздиров — при шероховатой истирающей поверхности или трещин — при гладкой поверхности контртела (см. гл. 1). Раздиры и трещины возникают тогда, когда работа (мощность) трения превышает энергию разрыва (раздира) поверхностного слоя резины. Таким образом, прочностные свойства резины оказывают существенное влияние на соотношение отдельных видов износа. Можно предполагать, что для каждой резины существует определенное критическое значение мощности трения Искрит- При значениях мощности трения W < Искрит происходит преимущественно усталостный износ, а при значениях W ]> Искрит преимущественно износ посредством скатывания (на сравнительно гладких поверхностях) и абразивный износ (на шероховатых поверхностях с острыми выступами). [c.66]

Важной характеристикой, позволяющей определять когезионную прочность резин с ферритовыми наполнителями, является прочность на раздир, характеризующаяся удельной энергией раздира. Принято [125], что удельная энергия раздира — это энергия, затрачиваемая на образование единицы свободной поверхности при раз-дире. Эта энергия не равна, однако, поверхностной энергии, поскольку процесс термодинамт чески необратим, и ббльщая часть энергии, затрачиваемой пои деформировании резины в вершине растущего надоеза. рассеивается в виде тепла. Особенность испытания на раздир состоит в том, что напряжения вследствие искусственно создаваемой концентрации всегда локализуются в некотором определенном, очень малом объеме, расположенном в вершине растущего надреза. Отсюда следует, что сопоставление результатов испытаний на раздир и разрыв эластичных магнитных материалов должно производиться с учетом существенного различия в размерах деформируемых объемов. [c.114]

Сравнение влияния на сопротивление раздиру и прочность при растяжении различных факторов (например, типа каучука, наполнителя и т. д.) можно проводить как путем непосредственного сопоставления прочностных характеристик, так и путем сопоставления значений силы, вызывающей раздир — Г (или Я), и энергии разрыва (так как по существу это тоже работа, затраченная на единицу объема при образовании единицы повой поверхности только при разрыве). Учитывая, что энергия разрыва в грубом приближении пропорциональна Ре/2 (где Р — прочность при растяжении, е — деформация), а е при переходе от кристаллизующегося каучука к аморфному или от наполненного к ненаполненному либо такого же порядка, либо меньше, можно записать, что ]1 ) 2 Р11Р2, т. е. можно сравнивать изменение характеристической энергии раздира с изменением сопротивления разрыву. [c.79]

Таким образом, в отличие от образцов первого и второго тиио) внешняя сила Р совершает работу и на второй стадии раздира. Работа на первой стадии (заштрихованные площади на рис. 138) идет только на увеличение упругой энергии концов образца (как и для образцов нервого тина). Работа на второй стадии идет как на увеличение упругой энергии концов образца, размеры которых увеличиваются вследствие роста надреза, так и на сам процесс раздира, сопровождающийся образованием новых поверхностей В связи с этим для образцов третьего типа предложено определять характеристическую энергию используя уравнение баланса энергии на второй стадии [c.234]

Усиливающие свойства саж определяются главным образом величиной и энергией поверхности частиц, первичной втруктурой и химическим составом поверхностного слоя. Сажи с малым размером частиц (высокодисперсные сажи) при введении в резиновую смесь образуют более развитую поверхность контакта с каучуком, чем сажи с более крупными частицами (низкодисперсные сажи). Удельная энергия поверхности, как правило, также больше у высокодисперсных саж. Поэтому активность саж как усилителей возрастает с увеличением дисперсности высокодисперсные сажи сообщают вулканизатам высокую прочность на разрыв и раздир, высокую износостойкость и большие гнстерезисные потери. [c.421]

Согласно второй точке зрения [4—7], разрастание трещин при озонном растрескивании становится возможным только в том случае, если приложенное напряжение (или деформация, или упругая энергия) больше некоторой критической величины ак. Такая точка зрения, вы-, сказывавшаяся и ранее [14], является результатом автоматического перенесения на явление коррозионного растрескивания представлений Ривлина и Томаса о явлении раздира [15]. Однако авторы считают, что запасаемая при деформации эластомера упругая энергия вся переходит в поверхностную энергию вновь образующихся поверхностей. [c.134]

Критерий разрыва, предложенный Гриффитом существенно уменьшает значение теории хрупкого разрыва в этой области. Гриффит показал, что возникновение и развитие разрыва более вероятно тогда, когда оно сопровождается непрерывным уменьшением потенциальной энергии растянутой системы, чем при макси.мальном критическом напряжении. По Гриффиту, уменьшение потенциальной энергии меньше поверхностной энергии вновь образующихся поверхностей. Развивая основные идеи Гриффита, другие исследователи пришли к выводу, что в энергетический баланс должны входить дополнительные члены, такие как кинетическая энергия материала, окращающегося при раскрытии трещины, и, в особенности, любое необратимое превращение энергии деформации в тепло связи с тем, что напряжения в вершине трещины очень высоки, необратимые потери для металлов обычно связаны с пластическими деформациями. Для резины — это обычные гнстерезисные потери при высоких степенях растяжения г1еред вершиной развивающегося раздира плюс потери на сокращение материала за вершиной. Скорость рас- [c.48]

Методом высокоскоростной киносъемки Мэйсон изучал скорость распространения самопроизвольного раздира в образцах ненаполненных вулканизатов натурального и бутадиен-стирольного каучуков, деформируемых по типу чистого сдвига, и показал, что по мере развития процесса раздира наблюдаются значительные изменения скорости (рис. 2.7). Изменениям скорости соответствовали изменения вида поверхностей разрыва и появление на них характерных рисунков разрушения, указывающих на одновременное развитие процесса в двух плоскостях. С появлением этих рисунков скорость распространения раздира уменьшалась, так как на их образование расходовалась энергия. Рисунки указывают на нестабильность процесса раздира и на изменение распределения напряжений в вершине [c.54]