40969

Одноцикловые характеристики при растяжении

Лекция

Производство и промышленные технологии

Составные части полной деформации материалов. Первая половина цикла нагружение соответствует режиму ползучести а вторая режиму уменьшения деформации за счет исчезновения высокоэластической деформации. В качестве входного возбуждения используется изменение деформации в виде широкого импульса а в качестве выходной функции изменение внутреннего усилия в пробе во времени рис. Первая половина цикла соответствует режиму релаксации усилия вторая режиму уменьшения деформации за счет исчезновения высокоэластической деформации.

Русский

2013-10-22

469.5 KB

17 чел.

  1.  Одноцикловые характеристики при растяжении. Внутренние и внешние связи. Релаксационные процессы. Составные части полной деформации материалов.
  2.   Факторы, влияющие на проявление одноцикловых характеристик при растяжении.
  3.  Методы определения.

1. Одноцикловые характеристики при растяжении

получаемые при действии на материал нагрузки меньше разрывной в цикле «нагрузка—разгрузка— отдых», представляют большой интерес при конструировании одежды, ее изготовлении, а также при разработке новых материалов с улучшенными свойствами.

Сетчатое строение тканей и петельное строение трикотажа обусловливают образование многочисленных связей. Все связи, действующие в материале, принято разделять на две группы:

Внешние, определяемые особенностями строения материала, то есть структурой ткани, видом переплетения, фазой строения ткани, которые оказывают существенное влияние на проявление сил трения и сцепления между нитями и в конечном итоге на деформационную способность материалов;

Внутренние, обусловленные особенностями строения нитей (пряжи) и волокон, силами трения и сцепления между волокнами в нитях, силами межатомных и межмолекулярных связей в волокнообразующем полимере.

Сложное строение тканей, трикотажных и нетканых полотен влияет на их деформационную способность, на характер развития релаксационных процессов.

Релаксационными называют процессы, протекающие во времени и приводящие к установлению равновесного состояния материала.

Релаксационные процессы в текстильных материалах наблюдаются при всех видах механических воздействий на материал (растяжение, изгиб, сжатие и др.) и являются их характерной особенностью. Эти процессы в текстильных материалах оказывают большое влияние, как на качество изготовления, так и на эксплуатацию швейных изделий.

Одноцикловые испытания при растяжении материалов можно выполнять многими методами, поскольку цикл «нагрузка—разгрузка—отдых» может осуществляться различно.

Рассмотрим четыре основных из этих методов.

1-й метод. Первая половина цикла (нагружение) соответствует режиму ползучести, а вторая — режиму уменьшения деформации за счет исчезновения высокоэластической деформации. В качестве входного возбуждения используется нагрузка, рис. 16 а.

2-й метод. Первая половина цикла соответствует режиму релаксации усилия, вторая — режиму астригнации усилия. (Если деформация поддерживается постоянной после ее уменьшения, то происходит обратный релаксационный процесс — увеличение усилия. Этот процесс В.М. Милашюс назвал астригнацией усилия.) В качестве входного возбуждения используется изменение деформации в виде широкого импульса, а в качестве выходной функции — изменение внутреннего усилия в пробе во времени, рис. 16 б.

3-й метод. Первая половина цикла соответствует режиму релаксации усилия, вторая — режиму уменьшения деформации за счет исчезновения высокоэластической деформации. В первой половине цикла в качестве выходной функции используется изменение усилия, во второй половине — изменение деформации рис. 16 в.

4-й метод. Режим испытания состоит из трех частей: ползучести, релаксации усилия, уменьшения деформации за счет исчезновения высокоэластической деформации III,рис. 16 г.

Рис. 16. Графики однородных (а, б) и смешанных (в, г) методов одноцикловых испытаний при одноосном растяжении текстильных материалов: а, г — выходная функция ε = f(t);              б, в — выходная функция Р = f(t)

Из одноцикловых характеристик, получаемых при растяжении текстильных материалов, наибольший интерес представляет изучение релаксации напряжения, или деформации, при действии на материал постоянной нагрузки меньше разрывной, при этом определяют полное удлинение и составные части полной деформации материала. Если к пробе текстильного материала приложить постоянную нагрузку (рис. 17), то она начнет деформироваться (растягиваться). Такой процесс называют ползучестью или упругим последействием.

Рис. 17. Диаграмма изменения во времени деформации растяжения пробы при постоянной нагрузке и отдыхе

При этом, как правило, в начальный период приложения нагрузки происходит значительная деформация материала. С течением времени деформация постепенно затухает и при достижении определенной величины, соответствующей заданной нагрузке, деформация прекращается — устанавливается равновесное состояние (здесь и в дальнейшем под равновесным состоянием понимается «техническое равновесное» состояние, при котором небольшое изменение материала еще продолжается).

Деформация материала, зафиксированная в этот момент, определяет величину полного удлинения Lпол:

Lпол = Lк - Lo,

где Lк — длина пробы материала, измеренная к моменту окончания действия на него заданной нагрузки; Lo — первоначальная длина пробы.

Полная деформация, проявляющаяся в материале при действии постоянной нагрузки, слагается из трех компонент (частей): обратимых - упругой и высокоэластической и необратимой - пластической. Однако выделить эти части во время действия нагрузки, как при деформации, так и в период условно установившегося равновесия не представляется возможным. В определенных условиях все три компоненты полной деформации при действии нагрузки проявляются и развиваются одновременно.

Упругая часть (ℓу) полной деформации текстильных материалов возникает вследствие появления энергии, вызванной упругим - обратимым изменением связей. Из-за изменения напряжения связей, находившихся до этого в равновесии, и развивается упругая часть деформации, которая распространяется в материале со скоростью звука. При этом в первый период действия нагрузки упругая часть деформации, очевидно, является результатом незначительного изменения внешних связей, определяемых силами трения и сцепления между волокнами, и зависит от структурных характеристик материала, волокнистого состава и ворсистости нитей.

С течением времени под нагрузкой происходит существенное изменение связей, старые связи разрушаются и образуются новые. Вновь образовавшиеся связи в первый момент своего проявления, вследствие незначительного изменения напряжения, пополняют упругую часть деформации.

Таким образом, по мере роста полной деформации материала происходит непрерывный процесс изменения в связях. При этом, очевидно, все вновь образовавшиеся связи в первый момент своего проявления выступают как упругие.

С ростом полного удлинения материала изменяются не только внешние, но и внутренние связи, т.е. связи межволоконные и межмолекулярные. При этом межмолекулярные и межатомные связи сохраняются, а немного увеличиваются валентные углы химических связей, что приводит к незначительному увеличению объема материала.

Возникновение высокоэластической части (ℓэ) — изменяющейся во времени части полной деформации — объясняется тем, что связи, проявившиеся в первый момент развития упругой части деформации, по мере действия внешних сил продолжают накапливать энергию. Этот процесс, протекающий во времени, и приводит к появлению внутренних напряжений, способствующих обратимости высокоэластической части деформации.

Участие связей в возникновении эластической части деформации продолжается до тех пор, пока энергия, накопившаяся в связях, не достигнет определенного значения, превышающего предельное для данной связи, и не произойдет нарушения этих связей. Под действием внешней силы изменяются внутренние  связи. Происходит изменение конфигурации макромолекул волокнообразующего полимера, их перегруппировка в надмолекулярной структуре волокна. Макромолекулы распрямляются и ориентируются вдоль приложенной силы. При этом разрушаются старые связи и появляются новые, которые в первый момент проявления пополняют упругую часть деформации и участвуют в возникновении эластической части. Следовательно, при деформации материала происходит непрерывное качественное изменение связей, участвующих в возникновении упругой, а затем высокоэластической частей деформации.

Высокоэластическая часть деформации в текстильных материалах, в связи с особенностями их строения, проявляется в течение длительного времени и зависит от влажности и температуры окружающей среды.

Пластическая часть (ℓп) полной деформации появляется в материале вследствие необратимого изменения (нарушения) внешних и внутренних связей. Под действием нагрузки в результате накопления энергии происходит необратимое разрушение связей, сопровождающееся перегруппировкой элементов структуры материала. Пластическая деформация является необратимой, так как после удаления внешней силы отсутствует причина (сила), которая могла бы заставить связи в материале вернуться в первоначальное состояние. При этом в первую очередь нарушаются менее устойчивые и слабые внешние связи: происходит необратимое сближение нитей и перемещение их в точках контакта, увеличиваются изгибы одних и распрямление других нитей либо меняются изгибы всех нитей и т.п. Все это приводит к ухудшению внешнего вида изделия.

Рассмотренные выше особенности деформации материала при действии на него нагрузки, характерны и для цикла отдыха, наступающего после разгрузки материала.

После снятия нагрузки происходит обратный релаксационный процесс. Однако участвующие в этом процессе связи, естественно, качественно отличаются от тех связей, которые принимали участие в возникновении упругой и эластической частей деформации на первом этапе ее развития при действии нагрузки.

Причем высокоэластическая часть деформации при обратном релаксационном процессе также проявляется длительное время. Этот процесс сопровождается некоторым изменением и пластической части деформации.

Благодаря различной скорости проявления упругой и высокоэластической частей деформации при отдыхе возможно разделение полной деформации на составные части.

Вследствие возникновения упругой и высокоэластической (с очень малым периодом релаксации) частей деформации материал в первый момент после снятия нагрузки сокращается по длине. При отдыхе в связи с проявлением высокоэластической части деформации с большим периодом релаксации он продолжает укорачиваться. По истечении определенного времени (несколько часов и даже суток) релаксация деформации замедляется и практически прекращается.

Разделение полной деформации растяжения на составные части условно, так как упругая часть деформации распространяется в материалах со скоростью, близкой к скорости звука, однако, существующие приборы позволяют производить первый отсчет деформации через 2-5 с после разгрузки. За это время, естественно, исчезает не только упругая часть деформации, но и какая-то часть высокоэластической с малым периодом релаксации. Таким образом, фиксируемое значение упругой части полной деформации несколько выше фактического. Эту часть (компоненту) полной деформации у принято называть быстрообратимой.

Высокоэластическая часть деформации проявляется в течение длительного времени (сотен часов). Проявляющуюся за это время отдыха часть деформации /э принято называть медленнообратимой. Часть эластической деформации, которая не успела проявить себя за короткое время отдыха, попадает в пластическую и несколько превышает ее истинную величину.

Пластическая деформация неисчезающая за время отдыха деформация. Поэтому правильнее эту часть деформации п называть остаточной.

Полная абсолютная деформация растяжения, развившаяся в материале к моменту разгрузки, слагается из трех компонент (частей):

пол = ℓу + ℓэ + ℓп

Значения этих компонент определяют следующим образом:

у=ℓк - ℓ1;       ℓэ=ℓ1 - ℓ2;       ℓп=ℓ2 - ℓ0

где 1 — длина пробы материала в момент первого измерения сразу же после снятия нагрузки; 2 — длина пробы после отдыха в течение определенного (заданного) времени; 0 первоначальная длина пробы;кконечная длина пробы под нагрузкой.

Полную деформацию растяжения и ее составные части, часто выражают в относительных величинах, получаемых делением абсолютных значений на первоначальную длину пробы материала:

ε пол = пол / Lо;      ε у = у / Lо;      ε э = э / Lо;      ε п = п / Lо

Для выражения полученных значений деформаций в процентах их умножают на 100%.

При изучении деформаций растяжения текстильных материалов для их сравнения принято также компоненты полной деформации выражать в долях от полной:

Δ εу = εу / εпол;    Δεэ = εэ / εпол;           Δεп = εп / εпол

при этом         Δ εу + Δ εэ + Δ εп = 1

2. Факторы, влияющие на проявление одноцикловых характеристик.

 Релаксация деформации текстильных материалов при отдыхе после освобождения от действия статической нагрузки продолжается длительное время. В тканях техническое равновесие в основном устанавливается через 300 — 400 ч действия статической нагрузки и 100 — 200 ч отдыха после освобождения от нагрузки. В трикотаже релаксация деформации растяжения при отдыхе продолжается более длительное время.

Наиболее интенсивно релаксационный процесс протекает в первый период действия отдыха. С течением времени релаксация деформации затухает и устанавливается относительно равновесное состояние.

На величину составных частей полной деформации материалов влияет:

 Величина нагрузки не оказывает существенного влияния на время развития деформации, а влияет на величину полной деформации растяжения материала и соотношение составных частей полного удлинения. С увеличением нагрузки увеличивается доля остаточной деформации и уменьшается доля обратимых деформаций.

Структурные характеристики материаловплотность, вид переплетения, характер отделки и т.п.

Способ приложения нагрузки – при приложении нагрузки под углом к нитям основы или утка растет полная деформация и ее составные части. Причем доля обратимых деформаций – уменьшается, а необратимых – увеличивается.

Влага и температура – молекулы воды, проникая между макромолекулами волокна, ослабляют их связи, увеличивая способность к перемещению. В результате полная деформация и составные ее части возрастают.

При повышении температуры от 20 до 160 оС, время активной релаксации деформации увеличивается, что приводит к усадке материалов. Кроме того, возрастает доля необратимых деформаций, что позволяет придать устойчивую объемную форму изделиям при ВТО.

3. Методы определения одноцикловых характеристик при растяжении.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27601. Лишение права занимать определенные должности и заниматься определенной деятельностью. Лишение специального, воинского или почетного звания, классного чина и государственных наград. Понятие данных видов наказания, порядок и условия их применения 31.5 KB
  Лишение права занимать определенные должности и заниматься определенной деятельностью. Лишение права занимать определенные должности или заниматься определенной деятельностью состоит в запрещении занимать должности на государственной службе в органах местного самоуправления либо заниматься определенной профессиональной или иной деятельностью. Лишение права занимать определенные должности или заниматься определенной деятельностью может назначаться в качестве основного или дополнительного наказания. Лишение права занимать определенные должности...
27603. Лишение свободы как вид наказания. Сроки лишения свободы. Основания и порядок назначения вида исправительного учреждения. Отличие лишения свободы от ареста и ограничения свободы 43.5 KB
  Лишение свободы как вид наказания. Сроки лишения свободы. Отличие лишения свободы от ареста и ограничения свободы. Лишение свободы на определенный срок состоит в изоляции осужденного от общества на установленный в приговоре срок путем помещения его в одно из исправительных учреждений специально предназначенных для исполнения этого вида наказания.
27605. Массовые беспорядки (ст. 212 УК), понятие и виды этого преступления, отличие от хулиганства (ст. 213 УК) 33 KB
  Объект – общественная безопасность сопротивление представителям власти способное причинить вред здоровью и собственности большого числа людей. Объективная сторона: Массовые беспорядки это совершаемое большой группой людей толпой посягательство на общественную безопасность сопровождающееся насилием над людьми погромами поджогами уничтожением имущества применением огнестрельного оружия взрывчатых веществ или взрывных устройств оказанием вооруженного сопротивления представителям власти. Во время массовых беспорядков нарушается...
27606. Освобождение от наказания и его виды. Условно- досрочное освобождение от отбывания наказания, его основания и условия 34 KB
  Условно досрочное освобождение от отбывания наказания его основания и условия. Под освобождением от наказания следует понимать выраженное в акте суда амнистии помилования освобождение лица осужденного за совершение преступления приговором суда от назначения либо полного или частичного отбывания назначенного судом наказания по основаниям предусмотренным уголовным законом если будет признано что необходимость в применении дальнейшем применении уголовного наказания отсутствует. Освобождение от наказания как и освобождение от уголовной...
27608. Таможенное дело и таможенная политика Республики Беларусь 256 KB
  Таможенное право - одна из универсальных отраслей права, которое регулирует отношения в сфере внешнеэкономической деятельности. Таможенное регулирование занимает принципиальное положение в обеспечении экономической безопасности государства.