Механические свойства

⇐ ПредыдущаяСтр 19 из 34Следующая ⇒

Механические свойства определяют отношение текстильных полотен к различно приложенным внешним усилиям, вызывающим деформацию растяжения, сжатия, изгиба, а также тангенциальное сопротивление полотен и такие связанные с ним явления, как раздвижка нитей в тканях, осыпаемость, прорубаемость, спуск петель в трикотаже и др. [11]

Прочность при растяжении - важный показатель механических свойств текстильных полотен, определяющий их целостность. Сопротивление структуры полотен (систем нитей, волокон нитей и волокон) зависит от многих факторов. К ним относятся и условия деформирования (среды, скорости растяжения) и состояние структуры полотен. Известен ряд теорий прочности.

Согласно теории хрупкой прочности, впервые сформулированной А. Гриффитом, разрыв материала происходит в результате перенапряжения у вершин микротрещин (дефектов), существенно ослабляющих сопротивление элементов структуры. При достижении критического напряжения трещины растут со скоростью, близкой к скорости распространения упругих волн и затем происходит разрушение материала. А. Ф. Иоффе и его сотрудниками было экспериментально подтверждено существование микротрещин и показано, что максимальное напряжение в вершине поверхностей трещины оказывается во много раз больше напряжения, определенного отношением деформирующей нагрузки к сечению ослабленной пробы. Зависимость напряжения s от наличия дефектов или степени однородности вещества по Вейбуллу имеет вид , где А – постоянная, зависящая от природы материала и типа напряженного состояния; n – постоянная, учитывающая характер распределения дефектов или степень однородности вещества; V – рабочий объем единичной пробы.

При n®µ в случае идеального однородного бездефектного тела прочность не зависит от объема пробы.

Согласно статистической теории хрупкой прочности А.П.Александрова и С. Н. Журкова разрыв происходит не одвременно по всей поверхности разрушения, а постепенно: начинается с самого опасного перенапряженного участка, затем распространяется в новых дефектных местах, пока в результате роста трещин не достигает критической (теоретической) величины. Однако в отличие от А. Гриффита А. П. Александров и С. Н. Журков рассматривают разрушение твердого тела как процесс, развивающийся во времени.

С. Н. Журковым и др. обоснована кинетическая (флуктуационная) теория разрушения твердых тел, согласно которой разрушение материалов происходит в результате не только механического напряжения, но и теплового движения атомов. Связи между атомами макромолекул, колеблющихся вследствие теплового движения около равновесных положений, могут разрываться тепловыми флуктуациями.

Вероятность такого разрыва зависит от начального потенциального барьера u₀, температуры Т, напряжения s, снижающих начальный потенциальный барьер на величину gs, где g -постоянная, зависящая от структуры материала и учитывающая неоднородность распределения напряжения по микроучастку пробы и молекулярным цепям.

Тогда долговечность t материала, находящегося под, нагрузкой (напряжением s),описывается уравнением

(57)

где k —постоянная Больцмана (универсальная газовая постоянная).

Параметр t₀ не зависит от природы и структуры материала, его величина составляет 10^-12¸10^-13. Энергетический барьер u₀, который необходимо преодолеть при разрушении материала, соответствует энергии химических связей молекул и не зависит от межмолекулярных связей. Напряжение при разрушении зависит не только от величины потенциального барьера и₀, структурного коэффициента g, но и длительности процесса растяжения t.

Разрывное напряжение пробы будет тем больше, чем больше потенциальный барьер и₀ и меньше величины g и t. При постоянных величинах gи и₀ на разрывное напряжение влияет лишь длительность процесса растяжения.

Однако рассмотренные теории прочности и основанные на них методы изучения прочности и долговечности текстильных полотен не получили широкого применения, хотя отдельные факторы, такие, как температура, длительность деформирования, зафиксированы встандартах. Поэтому на практике получили использование другие характеристики механических свойств текстильных полотен при растяжении их до разрыва.

При растяжении текстильных полотен до разрыва могут быть определены следующие показатели механических свойств:

- разрывная нагрузка Р_р, Н - наибольшее усилие, выдерживаемое единичной пробой до разрыва;

- давление на пробу s_п, Па, при продавливании мембраной;

- удельная разрывная нагрузка Р₀, кН´м/кг, которая применяется для сравнения разрывной нагрузки текстильных полотен разной массы и рассчитывается по формуле

(58)

где Р_р – абсолютная разрывная нагрузка, Н; r_S – поверхностная плотность полотна, г/м²; а_р – рабочая ширина полоски пробы, мм.

- разрывное напряжение s_р, Па, - относительная нагрузка, выражающая отношение разрывной нагрузки Р_р к площади S поперечного сечения единичной пробы, на практике разрывное напряжение определяют по формуле:

(59)

При наличии элементов структуры с разной плотностью вещества нитей необходимо рассчитать средневзвешенную плотность g_c кг/м³, нитей:

(60)

где a_I_-- доли нитей по массе в пробе, сопротивляющихся растяжению.

Для тканей и трикотажа разрывную нагрузку по длине (основе) и ширине (по утку) можно рассчитать с учетом массы материала разрываемой системы нитей.

(61)

или

(62)

где С– доля массы нитей той системы, по направлению которой происходит растяжение.

Удлинение при разрыве l_р, мм, представляющее собой приращение длины единичной пробы, определяют по формуле:

(63)

где L_k конечная (к моменту разрыва) длина единичной пробы, мм; L_o – длина между зажимами, мм.

Относительное удлинение при разрыве e_р – это удлинение при разрыве, выраженное в процентах от первоначальной длины:

(64)

К комплексным показателям механических свойств текстильных полотен при растяжении до разрыва относится работа разрыва (абсолютная, удельная и объемная). Абсолютная работа разрыва R_р, Дж, – работа, совершаемая внешними силами при растяжении единичной пробы до разрушения. Ее рассчитывают по формуле:

(65)

где l_р – коэффициент полноты диаграммы

где S_ф – фактическая интегральная площадь под кривой растяжения (рис., a S_obc); S – интегральная площадь прямоугольника с координатами Р_р и l_p(S_obca) (см. рис 21).

При разрыве текстильных полотен во многих случаях разрушение пробы происходит не мгновенно, а с убыванием. Тогда полная работа

(66)

где R₂ – работа по разрушению неразорвавшихся элементарных звеньев структуры.

Рис. 21. Диаграмма растяжения элементарной пробы полотна: а – неполная; б – полная

Удельная работа разрыва r_р, Дж/г, – работа разрушения структуры, от отнесенная к единице массы:

(67) где М_Р – масса рабочей части полоски пробы, г. Объемную работу разрыва r_v, Дж/см³, определяют по формуле:

(68)

где V_P – объем рабочей части единичной пробы, см³.

Дата добавления: 2015-12-20; просмотров: 25; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 14 15 16 17 181920 21 22 23 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!