 |
Лабораторна робота № 7
|
|
|
|
ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТЕКСТИЛЬНИХ ВОЛОКОН ПРИ РОЗТЯГУВАННІ ДО РОЗРИВУ
Мета роботи - вивчення і вживання методів, приладів і методики математичної обробки результатів випробування текстильних виробів при розтягуванні до розриву.
Короткі теоретичні відомості
У виробничій практиці і в наукових дослідженнях широко застосовуються розривні характеристики механічних властивостей волокон, ниток і полотен, одержувані при однократному розтягуванні зразка до розриву.
Якнайповнішою і різносторонньою розривною характеристикою матеріалу є діаграма (крива) розтягування (рис. 8.1, а) в осях абсолютне подовження - навантаження.
|
А) б)
Рис. 7.1. Діаграма розтягування а) - неповна, б) - повна.
Крива розтягування є геометричним місцем точок, що характеризують зміну навантаження і деформації при однократному розтягуванні до розриву. По ній можна визначити, яке подовження має виріб при будь-якому навантаженні в ході його випробування.
Розривне навантаження 
(сН, Н, даН, гс, кгс) - найбільше зусилля, що витримується пробою до розриву.
Абсолютне розривне подовження 
(мм) - приріст довжини проби матеріалу до моменту розриву:
, (7.1)
де L1 - кінцева довжина проби у момент розриву, мм;
- початкова (затискна) довжина проби, мм/
Слід мати на увазі, що не завжди повне руйнування виробу наступає при досягненні . Нескручені комплексні нитки, нитки спеціальних структур, мотки і пучки ниток рвуться не миттєво при досягненні , а поступово, з подальшим пониженням навантаження, як показано на рис. 7.1, б. В цьому випадку можна користуватися терміном "повне абсолютне розривне подовження" (lр.п.).
|
|
|
Відносне розривне подовження 
(%) - відношення абсолютного розривного подовження до початкової довжини проби, виражене у відсотках:
(7.2)
Розривна напруга 
(Па) - розривне навантаження (Н), віднесене до площі поперечного перетину проби S (мм):
; 
. (7.3)
де r - щільність речовини (матеріалу), мг/мм3;
Т - лінійна щільність, текс.
Питоме розривне навантаження Рп (гс/текс, сН/текс) - розривне навантаження, яке мали б волокно або нитка, якби їх лінійна щільність дорівнювала 1 текс:
(7.4)
Абсолютна робота розриву Rp (кгс·см, Дж) - робота, яка затрачується для подолання енергії зв'язків між частинками структури проби при її руйнуванні (1Дж = 1 Н·м):
(7.5)
де η – коефіцієнт повноти діаграми розтягування.
Чим вище цей коефіцієнт, тим краще розтягуване волокно або нитка чинить опір розриву.
Якщо проба матеріалу розривається не миттєво, а оскільки показано на рис.7.1,б, то може бути розрахована повна абсолютна робота розриву, що включає додаткову роботу Rд:
(7.6)
Питома робота розриву rм (кгс·см/г, Дж/г) - абсолютна робота розриву, віднесена до маси робочої частини випробовуваної проби m (г)
(7.7)
Відносна робота розриву rv (кгс·см/см3, Дж/см3) - абсолютна робота розриву, віднесена до об'єму робочої частини проби випробовуваного матеріалу V (см3), розрахованому по речовині, тобто без урахування макропор.
(7.8)
Початковий модуль жорсткості матеріалу Еп (кгс/мм3, Па) - напруга, що виникає в матеріалі при деформації його на 1% від первинної довжини.
Для отримання напівциклових розривних характеристик використовують розривні машини або динамометри.
Залежно від способу навантаження і принципу вимірювання сили, діючої на пробу випробовуваного матеріалу, динамометри можна підрозділити на декілька типів: гравітаційні, пружинні, електронні. Гравітаційні динамометри у свою чергу підрозділяються на маятникові, вагові, кареточні (з похилою площиною); на цих приладах проба деформується під дією сили тяжкості того або іншого вузла приладу.
|
|
|
На динамометрах пружинного типу навантаження на пробу створюється силами пружності пружини або скручуваного валу. Динамометри електронного типу забезпечені вимірювальними перетворювачами-датчиками, що дозволяють перетворити механічне зусилля, діюче на пробу, що деформується, в електричні величини, легко що піддаються передачі, посиленню і математичній обробці.
Розрізняють динамометри з постійною швидкістю деформації або навантаження і динамометри, в яких жодна з цих умов не дотримується, а швидкість приросту навантаження і деформації міняється залежно від властивостей матеріалу при постійній швидкості руху нижнього затиску. Розрізняють також статичні (повільнодіючі) і динамічні (швидкодіючі) ударні динамометри.
При випробуваннях необхідно знати і враховувати тип і особливості динамометра, його швидкісний режим, оскільки ці чинники в тій чи іншій мірі відображаються на показниках, що характеризують властивості матеріалу.
Динамометри можуть мати діаграмний прилад - пристрій, що дозволяє реєструвати безперервну зміну співвідношення деформації і сили в процесі розтягування зразка.
Частіше за все застосовуються маятникові статичні динамометри. Вони характеризуються простотою пристрою і обслуговування, надійністю і довговічністю в роботі.
На рис. 7.2. приведена принципова схема маятникового динамометра. Маятник 13 і сектор 1 укріплені на загальній осі. На секторі 1 в крапці 2 жорстко закріплений кінець гнучкої стрічки (або ланцюги) 3, на іншому кінці якого підвішаний верхній затиск 4. Нижній затиск 7 встановлений на шток 10. При включенні двигуна шток з нижнім затиском 7 під дією черв'ячної шестерні 9 опускається і тягне за собою випробовувану пробу матеріалу 6. Проба із зусиллям Р тягне за собою гнучку стрічку 3. При цьому щодо осі маятника виникає обертаючий момент 
, що викликає поворот маятника (r - радіус сектора з урахуванням половини товщини ланцюга 3). Відхилення маятника від вертикального положення супроводжується виникненням обертаючого моменту 
, рівного по величині і зворотного по напряму моменту mp/G - вага маятника, х - відхилення центру тяжкості маятника від початкового вертикального положення). З рівняння рівноваги системи виходить:
|
|
|
, (7.9)
 |
Рис. 7.2. Принципова схема маятникового динамометру
Виражаючи х через кут відхилення маятника 
і фізичну довжину маятника R, маємо:
(7.10)
Тоді відповідно до цих рівнянь
(7.11)
Це рівняння служить підставою для градуювання шкали зусиль (навантажень) 11, діючих на пробу при різних положеннях маятника. В процесі випробування величина 
залишається постійною. Таким чином, сила Р пропорційна синусу кута повороту маятника:
(7.12)
Для розширення діапазону вимірювання навантаження динамометри забезпечені двома-трьома змінними вантажами 12. При зміні вантажу міняється загальна вага маятника G, зміщується його центр тяжкості, а отже, змінюється фізична довжина маятника R (відстань від центру тяжкості до осі). Величина r, рівна радіусу сектора, залишається при цьому незмінною. Кожному змінному вантажу відповідає своя константа і своя шкала навантажень. Шкала подовжень 8 переміщається разом з нижнім затиском. Разом з верхнім затиском закріплений покажчик 5, який дозволяє вести відлік абсолютного подовження проби за шкалою 8.
Існує багато модифікацій маятникових розривних машин, але принцип їх дії аналогічний.
Багато розривних машин, що випускаються до теперішнього часу, мають шкали, градуйовані в грам-силах або кілограм-силах (гс або кгс), вживання Міжнародної системи одиниць СІ викликає необхідність перерахунку одиниць вимірювання. Всю статистичну обробку первинних даних, перемінних на приладах, слід вести в одиницях градуювання шкали навантажень і лише остаточні результати переводити в Міжнародну систему одиниць, тобто в сантиньютони (сН) або деканьютони (даН), виходячи з таких розрахунків:
1 Н 
102 гс; 1 сН 1,02 гс; 1 даН 1,02 кгс; 1 кгс 9,81 Н; 1 гс 0,98 сН. Неприпустимо прирівнювати 1 сН = 1 гс або 1 даН = 1 кгс, оскільки помилка при цьому складе біля 2%, що у ряді випадків може привести до невірної оцінки якості матеріалу і його відповідності вимогам стандарту.
|
|
|
|
|
|
