Другие виды механических характеристик

Циклическое нагружение. В большинстве случаев в процессах переработки и при использовании в изделиях волокна и ткани подвергаются натяжению в течение некоторого времени, а затем разгружаются и получают отдых. Поэтому представляет интерес изучение поведения волокон и тканей в цикле нагрузка – разгрузка – отдых. Существует несколько способов определения цикловых характеристик.

Первый способ основан на длительном поддержании постоянной деформации и определении происходящих при этом изменений усилия (напряжений) в образце. Образец подвергается быстрому растяжению до некоторой заданной длины, которая затем сохраняется во время наблюдения постоянной. Однако, получаемые характеристики являются в известной мере косвенными, недостаточно наглядными.

Второй способ исследования основывается на длительном растяжении образца нагрузкой постоянной величины с последующей разгрузкой и фиксацией в течение опыта величины деформаций пробы. Способ позволяет легко и наглядно определять все компоненты деформации. При этом необходимо помнить об условности разделения деформации по составляющим, а также процессы релаксации нитей во время нагружения.

Третий способ (как и первый) осуществляется при длительном поддержании в образце постоянных деформаций, но не одного значения, а нескольких. При этом каждая последующая величина деформации уменьшается по сравнению с предыдущей, растяжение изменяется ступенчато.

Четвертый способ осуществляется путем использования гистерезисных петель, записываемых с помощью диаграммного прибора разрывной машины в осях деформация нагрузка при постепенном растяжении образца до заданной нагрузки или деформации, меньше разрывной, а затем такой же постепенно полной его разгрузке.

Следует отметить, что величины характеристик, полученные различными способами, могут значительно отличаться друг от друга. Поэтому при сравнении показателей необходимо обязательно учитывать способ ее определения.

К характеристикам, определяемым при многократном (цикловом) нагружении, относят:

- компоненты деформации растяжения – составляющие: упругая, эластическая и пластическая;

- падение напряжения (или усилия) при постоянной относительной деформации;

-  нарастание удлинения при постоянном усилии (или напряжении) и уменьшение удлинения во время отдыха (характеризуется величинами относительных удлинений);

- выносливость n_p (число циклов растяжения, которые выдерживает материал до своего разрушения);

- долговечность t_p (долговечность, выраженная временем);

- остаточная циклическая деформация (деформация, накопившаяся за некоторое число циклов и не исчезающая в процессе непрерывного приложения этих циклов);

- предел выносливости.

Большинство этих характеристик представляет интерес для текстильной промышленности и в практике работ с композиционными материалами используется мало.

Сжатие, сдвиг, изгиб. При переработке тканные материалы сжимаются между различными валами, цилиндрами и другими органами машин. Если ткани подвергать действию сил, направленных перпендикулярно или под малыми углами к длине, то возникающие в них деформации принято называть сжатием. Большинство тканей сжимается даже под действием сравнительно небольших по величине сил. Это связано с тем, что ткани имеют сравнительно рыхлое строение, т.е. их объем далеко не полностью занят теми или иными веществами, из которых состоят формирующие их волокна или нити. Остальную часть объема занимает воздух. При сжатии происходит не только собственно деформация исходных материалов, но и их конформация.

Деформация сжатия определяется по изменению объема или высоты слоя материала. Абсолютная деформация сжатия, см³:

                                    (69)

где V₀ – начальный объем образца перед сжатием; V_k – конечный объем образца при достижении заданного давления.

Если объем является разрушающим, то V_k – объем к началу разрушения. Относительная деформация сжатия может определяться как по объемам, так и по высотам образцов:

                                     (70)

где h₀ – начальная высота образца до сжатия; h_k - конечная высота.

Как и при растяжении, при сжатии целесообразно выявлять условные значения составных частей деформации (компоненты): быстрообратимая часть (упругая), медленнообратимая часть (эластичная) и остаточная часть (пластическая), а также компоненты относительной деформации.

Рассматривая действия сжатия, необходимо отметить, что при больших давлениях на волокнах появляются характерные вмятины, после чего возникают трещины, надрывы и расщепления: при этом снижается прочность волокон на растяжение. При дальнейшем сжатии волокна разрушаются – дробятся на фибриллы и их части. При очень высоких давлениях они дробятся в порошок.

Экспериментальные данные показывают, что при сжатии материалы выдерживают меньшие напряжения, нежели при растяжении. Так как при растяжении разрыв происходит поперек волокна, а при сжатии – вдоль оси волокна. В первом случае в основном разрушаются более прочные химические связи, во втором – более слабые межмолекулярные.

Сдвигом называется смещение, при котором материал, имеющий некоторую толщину, под действием внешних сил равномерно смещается в каком-либо своем слое, оставаясь при этом параллельным по отношению к другому слою. Наличие у текстильных материалов больших удлинений приводит к тому, что эти материалы редко испытывают сдвиг в чистом виде, обычно он возникает как составная часть сложного сопротивления, слагающегося из сдвига и растяжения или сдвига и изгиба. Однако при резании, например, при раскрое полотен происходит сдвиг. Разрушение материала при наличии большой составляющей от сдвига называют резанием, а его результат – срез.

Многие изделия подвергаются изгибу. Текстильные полотна обладают малым сопротивлением изгибу. В качестве характеристик оценки изгиба применяют угол изгиба, стрелу прогиба, изгибающий момент или усилии при постоянной длине полоски, условную жесткость на изгиб.