ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ НАГРУЖЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА НЕКОТОРЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА                             ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ

 

Еренков О.Ю., Гаврилова А.В. (ТОГУ, г. Хабаровск, РФ)

 

The results of studying the processes of plastic materials deformation and destruction under various loading speed are stated in the given article.

 

В настоящее время значение исследований по механике разрушения полимерных материалов далеко выходит за рамки вопроса о несущей способности изделий, конструкций и сооружений. Управление процессом разрушения и знание его закономерностей имеет огромное значение для техники и технологии в различных отраслях промышленности. Так, например, для конструкций и сооружений желательно повысить их долговечность путем замедления роста трещин, тогда как при  обработке материалов резанием, наоборот, целесообразно снизить прочность обрабатываемого материала для более эффективного его  разрушения.

С целью определения зависимости предельных прочностных характеристик исследуемых полимерных материалов от скорости нагружения были проведены соответствующие испытания на одноосное растяжение при комнатной температуре. Скорость нагружения варьировалась в диапазоне от 173 до 1110 мм/час. Полученные экспериментальные данные в виде зависимостей  представлены на рис. 1.

Анализ результатов данных исследований образцов из полимерных материалов на растяжение позволяет заключить следующее.

Скорость нагружения оказывает влияние на характер процесса разрушения, как с точки зрения временного интервала до разрушения образца или достижения предела вынужденной эластичности, так и с точки зрения  значений предельных прочностных характеристик материала.  Для всех исследуемых материалов увеличение скорости нагружения в указанном диапазоне приводит к резкому сокращению времени до разрушения или до момента образования «шейки», при этом скачок (зарождение «шейки») для термопластичных материалов (капролон, фторопласт) происходит при больших значениях  предела вынужденной эластичности, а в случае реактопластов наблюдается рост предела прочности.

В таблице 1 приводятся численные значения данных параметров для исследуемых материалов, анализ которых  служит базой для количественной оценки влияние скорости нагружения на кинетику процесса разрушения полимерных материалов.

 

а)

                                                                 б)

                                                               в)

                                                                      г)

                                                                д)

Рисунок 1- Испытания образцов из полимерных материалов на растяжение при различных скоростях нагружения: а- капролон; б- фторопласт; в- текстолит; г- гетинакс; д – оргстекло; 1- 1110 мм/час; 2 – 445 мм/час; 3 – 173 мм/час

 

Как следует из представленных на рис. 1 данных, прочность хрупких твердых тел характеризуется одним предельным состоянием, соответствующим переходу от упругой деформации к разрушению. При хрупком разрушении  не наблюдается существенного уменьшения площади поперечного сечения в области разрушения и остаточной продольной деформации частей разрушенного образца.

Прочность пластических твердых тел – характеризуется двумя предельными состояниями, соответствующими переходу от упругой деформации к пластической и переходу от пластической деформации к разрыву.

                                                       

Таблица 1 - Результаты испытаний образцов из полимерных материалов при разных скоростях деформирования

Исследуемые                  параметры	Материал образцов
	фторопласт	текстолит	гетинакс	оргстекло	капролон
Максимальное критическое время,  max, с	45	58	47	62	60
Минимальное критическое время, min, с	10	8	7	9	8
Разность	35	50	40	53	52
Максимальное критическое напряжение,  max, МПа	16	100	120	52	110
Минимальное критическое напряжение,   min ,МПа	14	78	80	44	100
Разность	2	22	40	8	10

 

Однако у полимерных материалов в стеклообразном состоянии  не исключено возникновение локальных вынужденноэластичных деформаций в вершинах трещин разрушения. В этом случае можно говорить о квазихрупком разрушении полимеров при температурах выше температуры хрупкости, когда процесс разрушения осложняется предшествующими ему деформационным микрорасслоением материала из – за высокоэластичных деформаций в микрообластях перенапряжений. В тоже время внешне разрушение имеет признаки хрупкого: деформация тела близка к упругой деформации Гука.

Разрушение – это процесс, протекающий во времени. Даже при комнатной  температуре (20 ⁰С) материал разрушается не мгновенно, а постепенно за счет накопления во времени элементарных актов разрушения химических, межмолекулярных и других связей. Разрушение наступает в тот момент, когда происходит полное исчерпание долговечности. Если нагрузка незначительна или прикладывается медленно, долговечность материала больше, и наоборот. Отсюда и обратная зависимость: если скорость приложения нагрузки велика, материал разрушается при большем напряжении, чем в условиях медленного воздействия.