книги из ГПНТБ / Зыбин А.Ю. Двухосное растяжение материалов для верха обуви

“ ѵбяичия.-'

6П9.17

3-96

J V

У Д К 685.31.053

Р е ц е н з е н т докт. техн. наук А . В. Шляхтик

Зыбин А. Ю.

3-96 Двухосное растяжение материалов для верха обуви. М ., «Легкая индустрия», 1974.

120с.

Вмонографии дается общая классификация видов растяжения листовых материалов, теоретическое обоснование для разработки при­ боров и описание серин приборов для создания нескольких определен­ ных видов двухосных растяжении.

Рассматриваются результаты испытаний волокнисто-сетчатых ма­ териалов, перспективные направления изучения формоустойчнвостн материалов для верха обуви.

Монография предназначена для научных и инженерно-технических работников обувной и кожевенной промышленности и может быть

полезна студентам вузов.

© Издательство «Легкая индустрия», 1974..

работниками легкой промышленности поставлены задачи, свя­ занные как с увеличением объема выпускаемой продукции, так и с повышением ее качества.

Одним из основных факторов, определяющих качество изде­ лий, являются механические свойства используемых материа­ лов. Эти свойства определяют способность материалов под­ вергаться технологической обработке (формованию, скрепле­ нию, отделке и т. д.), характеризуют удобство изделий в эксплуатации и срок их службы.

Материалы, применяемые для производства верха обуви, кожгалантерейных изделий, отличаются особыми свойствами. Они должны хорошо деформироваться, чтобы принять нужную форму, и быть пластичными, чтобы сохранить ее. В то же вре­ мя в процессе эксплуатации они должны быть упругими и спо­ собными к восприятию циклических нагрузок. Все эти свойства должны проявляться в обуви, которая подвергается при произ­ водстве и эксплуатации нагрузкам и деформациям в разных направлениях и различными способами.

Процессы формования обуви являются наиболее ответ­ ственными операциями обувного производства. Полуфабрикаты для верха обуви представляют собой листовые материалы, т. е. такие, один размер которых значительно меньше двух других. Задачей формования обуви (в самом широком смысле этого слова) является получение из листовых материалов сложной пространственной формы, соответствующей форме стопы и

нием «в условиях замкнутого контура» выявляется принципи­ альное отличие в поведении материала.

На обтяжно-затяжных операциях носочная часть плоской заготовки захватывается несколькими относительно тонкими клещами и при движении их вниз обтягивается на колодке. Так как периметр заготовки несколько больше периметра стелечной грани колодки, при движении клещей материал со-

3

кращается и облегает ее. Здесь наблюдаются явления, проис­ ходящие при одноосном растяжении материала — удлинение его в одном направлении и сокращение в другом.

При формовании «в условиях замкнутого контура» ма­ териал не может сокращаться, так как заготовка защемлена в рабочих органах машины по периметру носочно-пучковой части, поэтому деформирование его отличается от одноосного растяжения.

Многочисленные исследования деформации заготовки верха обуви путем нанесения сеток и кругов, проводимые различными авторами и уточненные поляризационно-оптическим методом, показали,, что разные зоны носочной части заготовки под­ вержены различным видам растяжения. Так, удлинения во взаимно перпендикулярных направлениях носочной части равны между собой, к берцам и взъему одно из удлинений уменьшает­ ся — наблюдается другое деформированное состояние. В об­ щем, можно утверждать, что одноосного растяжения при фор­ мовании носочно-пучковой части заготовки практически нет.

Несмотря на эти особенности, показатели механических свойств обувных материалов до сих пор определяются на осно­ вании испытаний на одноосное растяжение стандартной (50 X •X 10 мм) полоски материалов.

Отсюда вытекает важная и общая для многих областей тех­ ники задача: установить, насколько результаты испытаний ма­ териалов при одноосном растяжении характеризуют действи­ тельное поведение материала в сложных условиях его техноло­ гической обработки и службы.

Этот вопрос детально изучен для металлов [1], причем вы­ яснилось:

значительное несоответствие (часто не только количествен­ ное, но и качественное) между поведением материала в усло­ виях службы и обработки и при испытаниях;

необоснованность многих выводов и оценок по результатам лабораторных испытаний материалов при одноосном растя­ жении;

необходимость установления связей между условиями лабо­ раторных механических испытаний (образец) и условиями дей­ ствительной обработки и эксплуатации («натура»).

Влегкой промышленности, в частности в обувной, этот вопрос изучен крайне недостаточно. Между тем условия пере­ хода от образца к «натуре» имеют для обувных материалов очень большое значение.

Впоследние годы в обувном материаловедении разрабаты­ ваются новые методы механических испытаний,, отличные от метода испытаний при одноосном растяжении стандартной по­ лоски материала.

Вработах, проведенных рядом ученых (В. Н. Ульяницкий и

4

К. М. Платунов, А. Д . Кравченко, Ю . П. Зыбин, Л. В. Кедров,

Е. Я- Михеева, А. И. Комиссаров, А. Н. Жаров, М . П. Куприя­

нов, М. М. Гутаускас, Н . Ю . Маяускене, П. Г. Бетлин и др.), имитируется процесс формования обуви путем деформации об­ разца, защемленного по контуру, жидкостью, газом или сфери­ ческим пуансоном. Получены интересные результаты, но так как дисковые образцы при нагружении принимали сферическую форму, они имели неоднородное деформированное и напряжен­ ное состояния по площади, из-за чего до последнего времени не получены точные механические характеристики материала при определенных, но различных видах растяжения.

Основываясь на данных о том, что кожа является волок­ нисто-сетчатым материалом с ориентирующейся в процессе на­ гружения структурой, можно сделать следующее предположе­ ние: в условиях растяжения, отличающегося от одноосного, от­ дельные элементы этой структуры будут работать по-разному, следовательно, могут изменяться и механические характерис­ тики материалов.

В связи с изложенным перед нами возникла задача — сравнить механические характеристики материалов для верха обуви при различных видах растяжения.

Поставленная задача решена следующим образом: рассмотрено с теоретической стороны поведение листовых

материалов при различных видах растяжения. На основе из­ вестных положений сопротивления материалов и теории упру­ гости дана классификация растяжения листовых материалов по его видам;

дан анализ существующих методов и приборов. Определено направление разработки новых методов и приборов для созда­ ния растяжения определенных видов;

разработаны новые методы и приборы для испытания листо­ вых материалов;

проведена серия испытаний механических свойств материа­ лов для верха обуви при различных видах растяжения;

установлены и сопоставлены взаимосвязи основных показа­ телей, характеризующих механические свойства материалов для верха обуви, при различных видах растяжения.

Полученные результаты дают возможность правильно вы­ бирать материалы при конструировании обуви и проектиро­ вании изделий из кожи, позволяют рассчитывать рабочие орга­ ны машин для формования верха обуви, особенно при новых способах обработки, когда носочная часть верха зажимается по контуру и формуется колодкой или пуансоном.

Новые приборы позволяют изучать релаксационные про­ цессы в листовых материалах, формоустойчивость натуральных и синтетических материалов для верха обуви, что непосредст­ венно связано с качеством изделий и удобством обуви в носке.

5

Г Л А В А I

КЛАССИФИКАЦИЯ РАСТЯЖЕНИЯ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ДЕФОРМИРОВАННОМУ И НАПРЯЖЕННОМУ СОСТОЯНИЯМ

ВЫБОР СИСТЕМЫ ДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСТЯЖЕНИЯ

Вопросы напряженного и деформированного состояний конструкционных материалов детально разбираются в много­ численной литературе (например, в монографии ведущего спе­ циалиста по двухосным испытаниям Я. Б. Фридмана [2], ко­ торый руководил и настоящей работой), поэтому, не излагая известные положения теории упругости и сопротивления мате­ риалов, остановимся на некоторых терминологических во­ просах.

В общем случае сила, действующая на какую-либо пло­ щадку, мысленно выделенную из образца материала, не перпендикулярна этой площадке, а направлена под определен­ ным углом к ней. Эту силу, как всякий вектор, можно разло­ жить на две составляющие: нормальную силу, вызывающую нормальные напряжения а, и касательную силу, вызывающую касательные напряжения т. Нормальные напряжения действуютперпендикулярно площадке, а касательные — в плоскости пло­ щадки.

Во многих случаях имеем дело с нагружением тел, размеры которых в одном направлении значительно меньше размеров в двух других направлениях. При этогй часто можно пренебречь напряжением, действующим перпендикулярно поверхности ли­

Trj/ = Tух-

Из теории упругости известно, что при любом напряженном состоянии, в том числе и при плоском, через* каждую точку тела всегда можно провести взаимно перпендикулярные пло­ щадки, на которых касательные напряжения равны нулю, т. е. площадки, на которые действуют только нормальные напряже-

6

ния. Эти площадки и направления нормалей к ним называют главными площадками и главными направлениями, а нормаль­ ные напряжения по этим площадкам — главными напряже­

довательно, по трем осям.

Надо ясно представлять, что определенному напряженному состоянию всегда соответствует строго определенное деформи­ рованное состояние, но они не однозначны. Так, например, одно­ осному растяжению образца (растягивающая нагрузка при­ ложена только в одном направлении) соответствует трехосная деформация: образец удлиняется в направлении прилагаемой нагрузки и сокращается по двум остальным перпендикулярным направлениям. При возникновении и увеличении второй (перпендикулярной) растягивающей нагрузки напряженное со­ стояние будет усложняться, доходя при равенстве растягиваю­ щих нагрузок до двухосного симметричного. Однако деформи­ рованное состояние будет почти всегда трехосным.

Надо еще раз отметить, что нагрузка, перпендикулярная плоскости образца, при испытании листовых обувных материа­ лов на растяжение отсутствует, поэтому может существовать только одноосное и двухосное растяжение, причем двухосных может быть бесчисленное множество в зависимости от отноше­ ния второго растягивающего напряжения к первому (глав­ ному), принятому за единицу. Это отношение называют степенью двухосности плоского напряженного состояния.

Таким образом, можно говорить об одноосном напряженном состоянии или об одноосном растяжении, но нельзя в этом слу­ чае применить термин «одноосная деформация». Одноосная це- формация в природе встречается крайне редко.

По отмеченным выше причинам не правилен термин «много­ осное растяжение». Надо отметить также неудачно применяе­ мые термины «двухмерное растяжение» или «двухмерная де­

7

формация». Оми не характеризуют ни напряженного, ни дефор­ мированного состояний образца.

Теория упругости и сопротивления материалов обычно имеет дело с изотропными материалами, свойства которых в любых направлениях одинаковы. Поэтому двухосному растяжению с определенным соотношением удлинений по направлениям рас­ тягивающих усилий, т. е. с определенной степенью двухосности деформированного состояния, по этим же направлениям будет соответствовать двухосное напряженное состояние материала с той же степенью двухосности.

Обувные материалы анизотропны, поэтому степени двух­ осности деформированного и напряженного состояний не совпа­ дают. По этой причине испытание на растяжение обувных ма­ териалов нельзя систематизировать по напряжениям.

Наиболее удачна систематизация двухосных испытаний листовых материалов по удлинениям в направлении приложе­ ния растягивающей нагрузки, т. е. по виду растяжения. В этом случае одноосному растяжению всегда соответствует одноосное напряженное состояние. При растяжении образца в двух перпендикулярных направлениях в зависимости от степени двухосности его будет наблюдаться сложное несимметричное растяжение. При равенстве удлинений в перпендикулярных на­ правлениях деформированное состояние в плоскости листового' материала будет характеризоваться как двухосное симметрич­ ное растяжение.

АНАЛИЗ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗАГОТОВОК

ВЕРХА ОБУВИ

После выбора системы для характеристики любого вида растяжения листовых материалов можно перейти к анализу де­ формаций материалов для верха обуви, получаемых ими при формовании.

Известно несколько способов непосредственного изучения деформации заготовок. Наиболее распространенным является метод, при котором на плоскую заготовку в определенных местах наносят окружности заданного диаметра. По изменению

долю двухосного симметричного растяжения, что можно изобразить графически. Если на плоском образце материала на­ нести окружность диаметром /, то при одноосном растяжении она, растягиваясь вместе с материалом в направлении прило-

8

жения нагрузки на А0 и сокращаясь в поперечном направлении: на Ас, превратится в эллипс (рис. 2, а). Большая ось эллипса по сравнению с исходными размерами будет иметь относительноеудлинение е0, а малая — относительное поперечное сокращение

Рис. 2. Схемы деформации окружности, нанесенной

двухосном; штрихпунктнром показаны размеры исходной окружности, пунктиром — доли одноосного и двухосного сим­

метричного растяжения при сложном двухосном деформиро­ ванном состоянии

относительному удлинению еа. Такая деформация материала-- определяется как двухосное симметричное растяжение. Если совместить одноосное и двухосное симметричное растяжение,,

виды растяжения .плоских образцов листовых материалов (бед учета деформаций, получаемых в направлении толщины мате­ рила) .

9-