Механические свойства, их характеристики. Теория разрушения тел

Механические свойства — комплекс свойств, определяющих отношение материала к действию различно приложенных к нему внешних сил. Под действием механических сил материал дефор­мируется: изменяются его размеры и форма.

Текстильные материалы при изготовлении из них швейных из­делий и эксплуатации этих изделий испытывают разнообразные механические воздействия, вызывающие деформации растяжения, изгиба, сжатия, кручения, а также трение в случае соприкоснове­ния с другой поверхностью.

Характеристики каждого типа, в свою очередь, делятся на классы в зависимости от полноты осуществления цикла механического воздействия нагрузка — разгрузка — отдых. Различают характерис­тики трех классов: полуцикловые, получаемые при однократном действии части цикла — нагрузки; одноцикловые, получаемые при однократном действии полного цикла: нагрузка — разгрузка — от­дых; многоцикловые, получаемые после многократных воздействий полного цикла на материал.

Полуцикловые и многоцикловые характеристики могут быть получены при испытании материала с разрушением или без его разрушения. В связи с этим характеристики этих классов принято разделять на два подкласса: разрывные и неразрывные.

Предложено несколько теорий, объясняющих процесс разрушения тел.

Теория критического напряжения (А.Гриффит)

Реальное тело, в отличие от идеального, не обладает совершенной структурой и содержит дефекты (микротрещины). Разрушение наступает в результате действия такой нагрузки, при которой перенапряжение у вершин хотя бы одной из микротрещин достигает величины, соответствующей теоретической прочности (= силе межатомных связей). При этом трещина начинает расти со скоростью распространения упругих волн (звука) и вызывает разрушение материала.

Но с точки зрения этой теории нельзя объяснить разницу в значениях прочности материала при различных скоростях его деформирования, а также временной характер процесса разрушения.

Статистическая теория прочности (А. П. Александров, С. Н. Журков)

Твердое тело имеет не один, а несколько дефектов, неравномерно расположенных на поверхности и в объеме материала. Разрушение происходит не мгновенно, а во времени по наиболее крупным дефектам. С увеличением размеров проб возрастает вероятность существования опасного дефекта, и чем меньше площадь поверхности или объема материала, тем выше вероятность соответствия экспериментальной прочности теоретической. Практика подтверждает это - пробы с малыми размерами имеют повышенную прочность.

Кинетическая теория прочности или термофлуктуационная (С. Н. Журков)

Разрушение материалов возникает не столько за счет действующей механической силы, сколько за счет теплового движения (флуктуации) атомов. Важную роль при межатомных взаимодействиях играет неравномерность теплового движения - энергетические флуктуации, являющиеся следствием хаотического теплового движения. Отдельные атомы приобретают кинетическую энергию гораздо больше средней. В результате превышения энергии возрастают и тепловые растягивающие усилия в межатомных связях. Разрыв материала происходит в результате флуктуации тепловой энергии, термического распада межатомных связей.

9.Растяжение материала. Полуцинковые разрывные и неразрывные характеристики при одноосном растяжении материалов. Расчётные характеристики прочностных свойств. Методы их определения. Расчётные характеристики прочностных свойств материалов. Одноосное раздирание. Двухосное и пространственное растяжение. Одноосное растяжение.

Текстильные материалы в одежде чаще всего испытывают де­формацию растяжения. Этот вид деформации наиболее изучен.

Классификация характеристик, получаемых при растяжении материала, представлена на схеме

 

 

Полуцикловые разрывные характеристики. Эти характеристики используются главным образом для оценки предельных механи­ческих возможностей текстильных материалов. По показателям Механических свойств, получаемым при растяжении материала до разрыва, судят о степени сопротивления материала постоянно дей­ствующим внешним силам; показатели разрывной нагрузки и раз­рывного удлинения являются важными нормативными показате­лями качества материала.

Одноосное растяжение. Рассмотрим основные полуцикловые разрывные характеристики, получаемые при простом одноосном растяжении.

10.Одноцикловые и многоцикловые характеристки растяжения. Методы и приборы определения. Многоцикловые характеристки растяжения. Методы и приборы определения.

Определение одноцикловых характеристик про­исходит при осуществлении цикла «нагрузка - разгрузка – отдых» выполняется без доведения образца до разрушения.

Эти характеристики отражают особен­ности деформации текстильных материалов.

Два ме­тода растяжения образцов и освобождения их от нагру­зок:

· быстрое растяжение образца до заданного пре­дела с последующим длительным выдерживанием. Приборами для этого метода служат различные типы релаксометров (постоянство усилия) или экстензометров (постоянство деформирований)

· медленное растяжение до достижения заданного предела параметра и освобождение от растя­жения с последующим отдыхом или без. Этот метод осуществляется на разрывных машинах, с устройствами для записи кривых растя­жения.

Упругая деформация обусловлена неболь­шим увеличением валентных углов в полимерах, обра­зующих волокна и незначительными изменениями свя­зей между волокнами. Она распростра­няется со скоростью звука, поэтому зафиксировать ее в практиче­ских исследованиях невозможно. Все составные части деформации фикси­руются в период отдыха и первый момент регистрации изменения удлинения проводят через несколько секунд. За этот период времени исчезает упругая и неко­торая доля эластической деформации, поэтому эту часть деформации принято называть быстрообратимой.

Эластическая деформация возника­ет за счет обратимых изменений конфигурации: макро­молекул в полимерах, волокон в нитях и нитей в издели­ях. Эластическая деформация в ТМ проявля­ется в течении длительного времени. При испыта­ниях отдых ограничивают несколькими часами. Появ­ляющуюся за это время часть деформации называют медленнообратимой.

Пластическая деформация, возни­кает под воздействием силы, за счет необратимых изме­нений внешних и внутренних связей. Испытания ограниче­ны во времени, часть эластической деформации попада­ет в пластическую, поэтому ее называют необратимой или чаще - остаточной.

Все три вида проявляются в период нагружения, и в период отдыха одно­временно, но с различными скоростями.

При многократном растяжении в волокнах и изделиях происходят сложные изменения структуры. На разных стадиях растяжения, характер изменений различный. В изделиях, в волок­нах наблюдаются усталостные явления, связанные с из­менение структуры, развитием релаксационных и уста­лостных процессов. При многократном растяжении можно условно выделить три фазы.

В первой фазе проходящей в течении не­скольких десятков циклов наблюдается быстрый рост остаточной циклической деформации за счет увеличения пластической и части эластической деформации, не успе­вающей исчезать за время одного цикла.

На второй стадии, нарастание остаточной деформации замедляется, структура стаби­лизируется. После большого числа циклов появляются признаки усталости. В дефектных местах накапливаются перенапряжения, которые приводят к постепенному ослаблению и расшатыванию межмолеку­лярных связей, их разрушению и смещению. Местные изменения структуры при много­кратном растяжении без существенной потери массы называются «утомлением». «Усталость» это результат утомления.

В третьей фазе расшатывание структуры ускоряется, в дефектных местах происходит сильное напряжение, трещины, во­локна и нити разрушаются. Разрушение нитей, приводит к нарушению целостности изделий. С увеличением числа циклов остаточная циклическая деформация нарастает.

При многоцикловом растяжении изучают сле­дующие характеристики:

выносливость - число циклов, которое вы­держивает образец до разрушения при заданной дефор­мации;

долговечность - время необ­ходимое для разрушения образца материала, при задан­ной деформации;

остаточная циклическая деформация - это деформация накопившаяся за некоторое число циклов и не исчезаю­щая в процессе дальнейшего растяжения.

11. Изгиб материалов. Полуцикловые характеристики. Методы и приборы их определения.

Текстильные материалы легко изгибаются при незначительных нагрузках и даже под действием собственной тяжести. В зависимости от вида одежды, особенностей ее моделей и конструкций требования к изгибаемости тканей, трикотажных и нетканых полотен могут быть различны.

Полуцикловые неразрывные характеристики. К ним относятся жесткость при изгибе, драпируемость и закручиваемость

Жесткость при изгибе. Под жесткостью тела понимается его спо­собность сопротивляться изменению формы при действии внеш­ней силы.

На жесткость текстильных материалов влияют их волокнистый состав, структура, свойства волокон и нитей, а также структура и отделка самого материала.

При круглой форме сечения волокна оказывают большее со­противление изгибающим усилиям, чем при плоской. Жесткость волокон растет с увеличением их толщины.

С повышением крутки возрастает слитность нитей (пряжи) и вместе с этим их жесткость. Поэтому в направлении нитей осно­вы, имеющих более высокую крутку, чем нити утка, жесткость ткани при изгибе больше, чем в диагональном направлении и в направлении утка. Одним из основных факторов, влияющих на жесткость ткани, Является переплетение в ней нитей. С увеличением длины пере­крытий и уменьшением числа связей между системами нитей же­сткость ткани уменьшается.Увеличение числа нитей на 10 см ткани приводит к повыше­нию жесткости всей системы. При увеличении толщины материала его жесткость возрастает.

Метод консоли используют для определения жёсткости при изгибе под действием собственной силы тяжести, без принудительнойдеформации образца. испытание проводят на приборе ПТ-2для материалов, имеющих абсолютнй прогиб более 10мм.