Студопедия — Упругость и высокоэластичность
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Упругость и высокоэластичность






Упругость - свойство твёрдых тел обратимо и полностью восстанавливать свою исходную форму или объём сразу после снятия деформирующих сил. Если тело или материал проявляют это свойство, они называются упругими. Соответственно, обратимая деформация упругого тела называется упругой деформацией. Такая деформация характерна для любых твёрдых тел. Обусловлена она изменениями средних межатомных расстояний и деформацией валентных углов в полимерной цепи. Работа внешних сил расходуется здесь на преодоление внутренних взаимодействий.

Упругая деформация проявляется при напряжениях, не превышающих определённых для каждого материала величин (ордината точек а). Внутри такого интервала напряжений (в упругой области деформаций) чаще всего имеет место прямая пропорциональность между приложенным напряжением (σ;) и относительной деформацией (ε;) и зависимость ε = f (σ) на диаграмме напряжений выражается прямой линией. Упругая деформация невелика и формально подчиняется закону (уравнению) Гука, который устанавливает связь между величинами относительной деформации и напряжения. Математическое выражение закона Гука для деформации в продольном направлении

σ = Е ε, где

ε - относительная деформация;

Е – коэффициент пропорциональности.

Коэффициент Е здесь называется модулем Юнга или модулем нормальной упругости (модулем упругости). Численно модуль упругости равен нормальному напряжению при = 1. При таком условии величина Е является постоянной и характеризует одно из важнейших механических свойств материала - устойчивость его к деформациям под действием внешней нагрузки.

Модуль упругости – мера жёсткости материала, характеризующая сопротивление развитию упругих (обратимых) деформаций.

В таблице 3 представлены значения модулей упругости некоторых материалов при испытаниях на растяжение (Ер), статический изгиб (Еи), сжатие (Есж).

Таблица 3. Значения модулей упругости (модулей Юнга)

Материал Значение модуля, МПа
Ер Еи Есж
Сталь 22 000 ·103    
Стекло (3000 – 10 000) ·103
Бетон (1000 – 3000) ·103
Древесина (вдоль волокон) (1000 – 1500) ·103
Полистирол 3100 - 3500 2800-3500  
Пластик АБС 1800 -2700 1000-2500 1800-3150
Полиамид 6 950-1700 800-1400  
Полипропилен 1100 - 1550 1050-1900  
ПЭВД 90 - 220 140-250  

 

Некоторая разница в значениях модулей упругости, полученных при разных испытаниях, объясняется специфичностью поведения материалов при разных видах нагрузки. Полистирол, например, хрупко разрушается при растяжении, но при сжатии ведёт себя как пластичный материал, накапливающий большую деформацию до момента разрушения (рис. 5). Такое различие объяс няется тем, что при разрыве хрупких полимеров их поведение определяется главным образом наличием дефектов или субмикротрещин и ростом этих трещин. При сжатии роль таких трещин невелика, так как сжатие приводит к их закрытию. В итоге, модуль упругости, определяемый при сжатии, как правило выше, чем при растяжении. Подобная специфичность поведения материалов вызывает необходимость использования для объективной оценки упругости материала значений всех трёх модулей – при растяжении, сжатии и изгибе. В инженерной практике, однако, чаще всего используется оценка по двум модулям - растяжения и изгиба.

Пропорциональность относительной деформации напряжению сохраняется до определённого значения напряжения (рис. 4, точки а), выше которого она нарушается. Значение такого напряжения называют пределом пропорциональности или пределом упругости (σу). Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает у низкомолекулярных тел, а в определенных условиях и у некоторых полимеров, небольшое необратимое удлинение образца, заканчивающееся при определённом дополнительном усилии его разрушением (рис.4, кривая 1, точка b).

В отдельных случаях уже на начальном участке диаграммы прямая пропорциональность между напряжением и деформацией отсутствует (рис. 6, кривая 2) и их величины связаны более сложным образом. Тогда характеристика упругости через значение модуля Юнга становится неприемлемой и за меру сопротивляемости материала развитию упругих деформаций принимается так называемый условно-мгновенный модуль упругости. Его значение определяется как тангенс угла касательной к кривой «нагрузка-удлинение» в точке кривой, совпадающей с началом координат.

Величина модуля упругости находится из диаграмм «напряжение – от­носительная деформация», тогда как экспериментально обычно получают диаграммы «нагрузка – абсолютное удлинение». Следовательно, экспери­ментальные данные требуют пересчёта.

 

Высокоэластичность (или эластичность), как и упругость, - свойство полимерных тел восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия деформирующих усилий. Основное отличие высокоэластичности от упругости в том, что она проявляетсяпод действием небольших по величине усилий, а обратимая деформация может составлять при этом несколько сотен процентов. Это свойство проявляется только у полимеров, находящихся в высокоэластическом состоянии. Обязательными условиями проявления высокоэластичности являются определённая химическая структура макромолекул материала и его температура. Полимеры, находящиеся в высокоэластическом состоянии при комнатных температурах, называются эластомерами. Это, в основном, каучуки и наполненные резины. Обусловлена высокоэластичность перемещением под действием внешних сил отдельных участков макромолекул, приводящих к изменениям конформаций. На рис. 7 приведена типичная кривая зависимости деформации от напряжения каучукоподобного полимера. Её форма показывает, что развитие деформации происходит нелинейно во всей области приложения нагрузки и значения отношений напряжения к деформации переменны. Имеется и ряд других особенностей поведения эластомеров при нагружении и после снятия напряжений, которые делают некорректным применение к ним термина «упругость» и послужили причиной ведения термина «высокоэластичность». Для характеристики сопротивляемости высокоэластичных тел деформированию используется величина равновесного модуля высокоэластичности, вычисляемого при малых значениях деформации. Его величина составляет около 0,1 – 1,0 Мпа. При нарастании деформации модуль высокоэластичности меняется в зависимости от величины деформации.

1.1.2. Жёсткость и мягкость

Жёсткость и мягкость - качественные характеристики деформируемости полимеров. Подразделение полимеров на жёсткие и мягкие достаточно условно. За критерий такого подразделения принята величина модуля упругости. Обычно жёсткими называют материалы с модулем Юнга выше 103 МПа, а мягкими – менее 102 МПа. К мягким, например можно отнести (табл. 3) полиэтилен высокого давления.







Дата добавления: 2015-09-18; просмотров: 1348. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Менадиона натрия бисульфит (Викасол) Групповая принадлежность •Синтетический аналог витамина K, жирорастворимый, коагулянт...

Разновидности сальников для насосов и правильный уход за ними   Сальники, используемые в насосном оборудовании, служат для герметизации пространства образованного кожухом и рабочим валом, выходящим через корпус наружу...

Дренирование желчных протоков Показаниями к дренированию желчных протоков являются декомпрессия на фоне внутрипротоковой гипертензии, интраоперационная холангиография, контроль за динамикой восстановления пассажа желчи в 12-перстную кишку...

Алгоритм выполнения манипуляции Приемы наружного акушерского исследования. Приемы Леопольда – Левицкого. Цель...

ИГРЫ НА ТАКТИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Методические рекомендации по проведению игр на тактильное взаимодействие...

Реформы П.А.Столыпина Сегодня уже никто не сомневается в том, что экономическая политика П...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.012 сек.) русская версия | украинская версия