Всестороннее растяжение и сжатие

Лекция 4

Тема «Механические свойства полимеров»

Механические свойства отражают степень изменения структуры, размеров, формы тела при воздействии на него внешних механических сил.

В зависимости от величины и продолжительности воздействия механических сил полимерные материалы могут деформироваться или разрушаться. Поэтому у полимеров определяют

· Деформационные свойства и

· Прочностные свойства.

Деформационные свойства характеризуют способность полимерных материалов деформироваться под действием механических напряжений, а прочностные свойства отражают способность полимеров сопротивляться разрушению.

Деформацией тела называется изменение его размеров, объема и формы под влиянием внешнего механического воздействия, температуры или внутренних сил.

Различают следующие основные виды деформации тел:

· Растяжение и сжатие

· Деформация сдвига

· Всестороннее растяжение и сжатие

Растяжение и сжатие

Растяжение происходит под действием нормальных напряжений s_н, приложенных перпендикулярно поверхности образца. При этом происходит продольное растяжение образца от первоначальной длины l₀ до величины l и наблюдается абсолютное удлинение на величину D l = l - l₀ . Относительное удлинение при этом обозначается как e_прод .Кроме тогопод действием нормальных растягивающих напряженийs_н происходит поперечное сжатие образца, величина которого оценивается величиной e_попер. Относительное продольное удлинение образца e_прод рассчитывают по формуле: .Помимо e_прод часто определяют степень растяжения (относительную длину) образца l.Степень растяжения рассчитывают по формуле .Взаимосвязь между e_прод и l следующая : e_прод = l - 1.

Относительная длина показывает, во сколько раз удлинился образец, а относительное удлинение – на сколько удлинился образец.

Для деформации одноосного растяжения и сжатия справедлив закон Гука, имеющий вид: ,

где Е – коэффициент пропорциональности или модуль растяжения материала, который иначе называют модулем Юнга. Модуль Юнга Е численно равен такому напряжению s_н, при котором относительное удлинение e_прод становится равным единице (e_прод =1). Тогда l =2.

Мерой поперечного сжатия материала при одноосном растяжении является безразмерная величина – коэффициент Пуассона m.Онравен .Легко показать, чтоесли объем деформируемого образца не меняется, то коэффициент Пуассона m =0,5. Такое явление наблюдается только при малых деформациях ненаполненных резин. Обычно для эластомеров m= 0,48¸0,49, а для пластмассm= 0,2¸0,4.

Второй возможный вид деформации тел – это деформация сдвига.

Деформация сдвига

При простом сдвиге деформирование тела происходит под действием тангенциальных (касательных) напряжений s_Т, действующих на поверхность образца. Иногда в литературе величину касательного напряжения обозначают t. . При этом изменяется форма образца (прямоугольный параллелепипед трансформируется в параллелепипед с основанием в форме ромба), а объем остается постоянным (смотри рисунок). Величина деформации сдвига g определяется по формуле: . Модуль сдвигаG равен: или . (Модуль – это всегда коэффициент пропорциональности между величиной приложенного напряжения и ответной величиной деформации. Модуль отражает сопротивление материала приложенной нагрузке. )

Изменение величины деформации во времени представляет собой скорость сдвига. Скорость сдвига равна: (здесь t - это время).

Третий вид деформации тел – это всестороннее растяжении или сжатие.

Всестороннее растяжение и сжатие

В этом случае под действием нормальных напряжений в трех направлениях, происходит изменение объема вещества, а форма остается неизменной. Сжимающим напряжением в этом случае является давление, обозначаемое Р. Всестороннему растяжению и сжатию подвергаются расплавы полимеров в корпусах экструдеров или литьевых машин. Закон Гука для данного вида деформации имеет вид: . В этом уравнении М – это модуль всестороннего сжатия, а - это относительное изменение объема образца.

Во всех случаях деформирования величина, обратная модулю (модуля растяжения Юнга Е, модулю сдвига G, модулю всестороннего растяжения или сжатия М) называется податливостью. Например, податливость J при одноосном растяжении будет равна .

Соотношение между модулями растяжения Е, сдвига G, всестороннего растяжения или сжатия Мзависит от величины коэффициента Пуассонаmи описывается выражением:

Е = 2G (1+m) = 3М (1-2m).Если m=0,5,то Е = 3G.

При изучении механических свойств полимерных материалов и выявлении закономерностей их изменения за основу берутся представления о них как об идеальных телах. Для идеальных тел справедливы следующие законы:

· В идеальных газах закон Бойля-Мариотта. Он гласит, что при постоянной температуре изменение объема обратно пропорционально внешнему давлению, т.е. P × V = const.

· В идеальном твердом теле закон Гука. Согласно ему величина относительной деформации eпрямо пропорциональна приложенному нормальному напряжению s_н =Е × e.

· В идеальной жидкости – закон Ньютона. Закон Ньютона отражает то, что скорость деформации (скорость сдвига) жидких тел прямо пропорциональна величине приложенного касательного напряжения: s_Т = h× .

Впоследствии при установлении реальных механических свойств полимеров, учитывалось то, что поведение полимеров отличается от поведения традиционных тел тем, что при деформировании полимеры одновременно проявляют свойства упругости (как у твердого тела) и свойства текучести (как у жидких тел). Поэтому полимеры называют вязко-упругими телами, и многие законы их деформирования отклоняются от законов идеальных тел.

Специфику механических свойств полимеров, находящихся в различных физических состояниях, мы и будем рассматривать далее.

Тема «Механические свойства полимеров в высокоэластическом

 

12

---

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:

©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.