Способ определения поврежденности полимерных материалов при циклическом нагружении

/32 5 6 0 ЗОБ П г ЛЬ ОМУ СВИД те тнои х капле и маба является испытаниях оторых прилько разви- появляются шение достоеристики по- полимеров впутем учета кых напр Го, что ис ец, одинакоанного числа ия дополн стесненном масть от угла осевой иглыуровень остаГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ(57) Изобретение относится к механическимиспытаниям, к способам испытаний полимерных материалов при повторных нагружениях. Цель - повышение достоверности Изобретение относится к механическимиспытаниям, в частности к способам испытаний полимерных материалов при повторных нагружениях.Известны способы испытания материалов, в том числе и полимерных, при повторных нагружениях, заключающиеся в том, что образцы материала циклически нагружают при постоянной нагрузке, измеряют характеристику деформации (прогиб при изгибе) и судят о степени поврежденности материала (об упрочнении материала или разрыхлении), по изменению характеристики деформации .Недостатком таких способов являетсято, что они позволяют судить о поврежден- ности лишь при нагрузке с постоянным уровнем, пбскольку при изменении уровня нагрузки изменится и деформация,Наиболее близким к предлагаемому является способ испытаний полимерных материалов, заключающийся в том, что образцы повторно нагружают осевой нагрузкой и опрезультата испытаний наполненных полимеров в области конечных деформаций путем учета влияния на результат остаточных напряжений, Пару образцов нагружают повторной осевой нагрузкой, После этого один образец растягивают, а другой закручивают при постоянстве его длины, У второго образца измеряют осевую силу и крутящий момент, с учетом кЬторых из опытов на растяжение определяют изменение жесткостной характеристики и остаточное напряжение. По изменению жесткости с учетом остаточного напряжения судят о степени поврежденности материала. 2 ил. ределяют изменение жесткос ристики, по которой судят о на териалом поврежденности.Недостатком данного спос его низкая достоверность при наполненных полимеров, у к циклических нагружениях не т вается поврежденность, но и остаточные напряжению.Цель изобретения - павы верности определения характ врежденности наполненных области конечных деформаций влияния на результаты остато жений в материале.Цель достигается эа счет то тывают дополнительный образ вый с основным, после зад циклов повторного нагружен тельный образец подвергают кручению, определяют эависи закрутки крутящего момента и с учетом которых определяют+ - 1 у а Вза В в - , (10)4 6 Таким образом, из формул (9) и (1 О) можно определить величину А по величинам крутящего момента и усилия при известном угле закрутки р, усреднив.значение функции по формуле (заключение выражения в . угловые скобки обозначает усреднение функции на интервале изменения аргумента); определив которую независимо от опытовна осевое нагружение, можно определитьконстанту В и уровень остаточных напряжений. Поскольку остаточные напряжения обращаются в нуль на поверхности образца (внутри образца они уравновешиваются скалярной функцией р), аппроксимируем их простейшей зависимостью В этом случае В и оо ищутся из системыуравнений, левые части которых усреднены,у первого уравнения по Л, у второго по р Интервал усреднения левых частей определяется максимальным удлинением образцов при циклическом нагружении. Решение, системы (12) не представляет сложности, поскольку величина уже определена экспериментально из соотношения (11). Достоверность определения величин В и цо дополнительно повышена, если кручение произвести до угла, при котором максимальная деформация совпадет с деформацией, достигнутой при осевом нагружении образца.Для определения угла закрутки свяжеммаксимальное удлинение А при плоском де формировании с изменением прямого угла,Для этого определим величину у изменения угла между диагоналями единичного квадрата, одна сторона которого после деформирования стала Л, а другая - 1/Л, Из 10 геометрических построений легко получить,что тд - ( - +у) = - т =Л, 1 л2 г 2 ГЛ Поскольку в случае кручения у=у а/1,30то угол закрутки определится из соотношения; 21 2 - 1р = - агар35 а Л 2+ 1 где А - удлинение, соответствующее измеренному усилию.На фиг.1 показаны типичные диаграммы деформирования, полученные при различных числах и циклов нагружения; на фиг.2 - зависимость константы В (и), где пунктиром показана кажущаяся зависимость, полученная без учета остаточных на пряжений.Устройство для реализации способапредставляет собой испытательную машину, позволяющую нагружать цил индрические образцы осевой нагрузкой и подвергать стесненному вдоль оси кручению. При этом испытательная машина должна быть снабжена средствами измерения и регистрации, для осевого нагружения - удлинения и осевого усилия, для кручения - угла закрутки, крутящего момента и осевой силы. Способ реализуется следующим образом.Два одинаковых цилиндрических образца, наполненных полимерным материалом, нагружают повторной осевой силой до заданного числа циклов, Если требуется определить зависимость уровня по вреждаемости от числа циклов наработки или от напряжения, то испытывают несколько пар образцов, каждую из которых испытывают согласно предлагаемому способу, После повторного(циклического) на гружения один образец подвергают кручению в условиях стеснения его длины, Угол закрутки этого образца может быть подобран таким, что максимальное главное удлинение при кручении совпадает с макси мальным удлинением при построении диаграммы растяжения для определения .жесткостной характеристики, дляэтого угол закрутки определяют из соотношенияФ201 Ьакс - 12Рмакс = 2 - агсдмакс + 1Определяют из опытов зависимости Мф), Т р) и й (А), после чего по формулам (1 1) и 1 2) определяют значения В и оо. Предварительно до начала циклического нагру- жения определяют начальное значение Во, Для этого пару образцов, аналогичных ис пытуемым, подвергают тем же нагружениям, что и после циклического нагружения, Если до начала циклического нагружения о=О,то2 м, яРало3где Ао - начальное значение А, определенное по формуле И).40О поврежденности материала судят по величине Ь В = В-Во, а по величинесудят а развитии в материале остаточных напряжений, что также существенно при оценке работоспособности полимерной конструк ции после ее циклического нагружения.П р и ме р. Испытанию подвергли партию одинаковых цилиндрических образцов с отношением длины к диаметру/а = 6, изготовленных при одинаковых технологических режимах полимеризации из бутилкаучука, наполненного мелкодисперсной солью. Предварительно до начала циклического нагружения была определена константа Во = 19,5 кг/см и установлено отсут 2ствие в образцах остаточного напряжения, После этого партию образцов подвергли циклическому нагружению осевой нагрузкой в жестком режиме при максимальном удлинении в цикле, равном 1,3. Через заданное число и циклов нагружения п = 1, 2; 5;20) пару образцов подвергали растяжению до величины А= 1,3 и кручению на угол 172 О, что соответствовало достижению максимального удлинения Л= 1,3.В результате получено изменение жесткссти В до величины соответственно, кг/см: 18,2; 17,7; 17,1 и 16,8. При этом выявлен рост остаточного напряжения, неучет которого привел бы к неверной оценке изменения величины В, например, при и:= 20 неучет остаточного напряжения привел бы к определению эффективного значения Вфф, равного 17,3 кг/см,Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить достоверновть определения изменения жесткостных характеристик, что позволяет точнее определять долговечность конструкций из наполненных полимеров. Формула, изобретения Способ определения поврежденности полимерных материалов при циклическом нагружении, заключающийся в том, что иодвергают образец материала циклическому нагружению, определяют его жесткостную характеристику до и после циклического нагружения путем однократного осевого нагружения образца, и по изменению его жесткостной характеристики судят о поврежденности материала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достовер-, ности при испытаниях наполненных полимеров в области конечных деформаций за счет учета влияния остаточных напряжений, циклическому нагружению подвергают второй образец, аналогичный первому, в качестве образцов используют образцы с цилиндрическими рабочими участками, после циклического нагружения второй образец подвергают однократному кручению при постоянстве расстояния между его торцовыми плоскостями, при кручении определяют зависимости осевой силы и крутящего момента от угла закрутки, с учетом которых определяют изменение жесткостной характеристики.1698693 и. =5 и, =20 Составитель А.Грунина Редактор М.Недолуженко Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий Заказ 4387 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035; Москва, Ж, Раушская наб., 45Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101