Нагружении. Определение упруго-гистерезисных свойств

Определение упруго-гистерезисных свойств. При замкнутом процессе нагружение – разгружение (испытуемый образец возвращается к исходному состоянию нагружения) наблюдается несовпадение кривых нагружения и разгружения и образование петли гистерезиса. Площадь петли гистерезиса является мерой рассеянной механической энергии. В приборах для определения упруго-гистерезисных свойств чаще всего реализуется ударная деформация растяжения, а сами свойства оцениваются динамическим модулем, модулем внутреннего трения и эластичностью по отскоку.

Для быстрой оценки внутреннего трения и гистерезисных свойств используется их способность упруго возвращать энергию удара. На практике применяют маятниковые упругометры (эластометры), в которых замеряется угол отскока бойка от резиновой шайбы (маятник Шоба). Эластичность по отскоку - это отношение энергии, возвращенной резиновым образцом бойку после удара - W₂, к общей энергии, затраченной на удар - W_1, которое пропорционально отношению высот (углов) расположения центра тяжести бойка до и после удара:

Э = W₂/W₁ = [(1-cos a₂) / (1- cos a₁)]· 100 %,

где a₁ – угол падения маятника 90 или 60º; a₂ – угол отскока маятника.

Для реальных резин этот показатель равен 40-60%.

Определение усталостно-прочностных свойств. Вследствие высокоэластических свойств резина обладает исключительно высокой способностью накапливать энергию при деформировании. При циклическом (динамическом) нагружении энергия, поглощенная при изменении конформаций молекул, разрушении связей между каучуком и наполнителем, между частицами наполнителя и др., выделяется в виде теплоты, что приводит к повышению температуры образца и снижению прочности материала. Это явление называется динамической усталостью или утомлением. Динамическая выносливость чаще всего оценивается числом циклов нагружения, которое образец выдерживает без разрушения в условиях динамических деформаций растяжения, сжатия, сдвига, изгиба, кручения или при их комплексном воздействии.

Испытания проводятся в разных режимах, которые характеризуются несколькими параметрами: амплитудой деформации, амплитудой напряжения, средними статическими значениями амплитуд, частотой нагружения при синусоидальном характере изменения переменных.

Наиболее распространен режим испытания, в котором задаются постоянными деформации – динамическая и статическая. Режим наиболее прост в конструктивном исполнении: эксцентриковые механизмы позволяют достичь постоянства амплитуды деформации, а предварительное растяжение образцов достигается линейным перемещением зажимов. Так работают машины для испытаний на многократное растяжение.

При испытаниях на многократное сжатие главной трудностью является исключение скольжения образца по рабочим площадкам прибора, что требует усложнения формы образца. При испытаниях на многократный сдвиг также возникают трудности с креплением образцов и созданием деформации, которая не должна быть больше половины высоты образца. В этих испытаниях чаще всего определяют температуру разогрева образца с помощью специальной игольчатой термопары.

В машинах для испытаний на многократный изгиб образцы закрепляются радиально в пазах диска, и при вращении диска каждый образец изгибается дважды за один оборот диска роликами, установленными по обе стороны диска. В машинах для испытаний на многократное кручение один зажим совершает возвратно-вращательное движение. Есть машины, в которых реализуется изгиб с кручением при перемещении одного зажима по дуге.

Во всех видах динамических испытаний процесс продолжается до появления первых трещин или выкрашивания мелких кусочков. Поэтому результатом испытания может быть также скорость разрастания трещин до определенной длины или площади. Момент появления трещины определяют визуально с помощью лупы, осматривая образцы через определенное время или число циклов нагружения. Из-за разброса показателей параллельно испытывают 12-18 образцов.

В отдельную группу выделяются динамические испытания в условиях концентрации напряжений на специально нанесенных повреждениях образцов - проколы, порезы, выемки и зигзагообразные канавки. Они называются испытаниями на сопротивление образованию и разрастанию трещин. Образцы подвергают изгибу и фиксируют скорость разрастания трещин до определенной длины или площади.

При динамических испытаниях за момент разрушения образца чаще всего принимают момент образования первой трещины, реже – момент разделения образца на части.