4.4. Определение усталостных характеристик нитей при многократном растяжении

Цель работы. Освоение методики испытаний нитей на многократное рас­тяжение на пульсаторе.

Задание. 1. Изучить методику определения основных характеристик, получаемых при миогоцикловых испытаниях: выносливости, предела выносли­вости, остаточной циклической деформации.

2. Ознакомиться с устройством и принципом действия пульсаторов для нитей типа ПН-5 (ПК-3 — при отсутствии пульсатора ПН-5).

3. Применительно к ОСТ 17-854—80 [4.10] отобрать пробы нитей различ­ных видов и подготовить пульсатор для проведения испытаний при соответ­ствующих параметрах.

4. Провести испытания и обработать результаты.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Процесс постепенного местного нарушения структуры материа­лов (в данном случае нитей), протекающий в результате дли­тельного непрерывного или многократного прерывного (цикли­ческого, чередующегося с разгрузками) действия на них напря­жений, называется утомлением материалов, а результат этого процесса, т. е. местное нарушение структуры, — уста­лостью. Нарушение структуры обычно развивается в тех ма­лых участках (зонах) нитей, где наблюдается неправильное рас­положение структурных элементов (волокон, элементарных нитей), имеются утонения и утолщения и т. д. и где легко про­исходят их смещения.

В итоге нарушение структуры вызывает разрушение — разрыв материала (потеря им «сплошности»). Усталость, вызван­ную длительным непрерывным действием напряжений, назы­вают статической, а многократным прерывным действием напряжений — динамической. В данной работе изучается динамическая усталость нитей. Основными характеристиками усталости являются выносливость, относительная остаточная циклическая деформация и предел выносливости.

Выносливость (n_р)—число циклов многократного рас­тяжения, требующееся для доведения пробы материала (нити) до разрыва. Иногда эта характеристика заменяется другой — долговечностью (т_р), т. е. временем, необходимым для до­ведения пробы до разрушения.

Относительная остаточная циклическая де­формация (е₀. _ц)—деформация, накапливающаяся за неко­торое число непрерывно прилагаемых к элементарной пробе ма­териала (нити) циклов. Она выражается отношением накопив­шейся при испытании остаточной деформации (l₀. _ц) к зажимной длине (Lо) и измеряется в процентах:

ε₀. _ц = 1_{о. ц}/L₀ *100.

Предел выносливости по деформации (ε_в) — наиболь­шее значение заданной циклической деформации, при которой выносливость пробы материала (нити) достигает наибольшей величины (порядка 10⁴ и более циклов).

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Для испытания нитей на многократное растяжение применяются пульсаторы ПН-5 и ПК-3, разработанные МТИ совместно с ЦНИХБИ.

Прибор ПН-5 работает по принципу постоянства заданной деформации в цикле растяжения, осуществляемой по синусоидальному закону ее измене­ния. Схема пульсатора ПН-5 показана на рис. 4.13. От электродвигателя / через ременную передачу движение передается валу 4, с которым жестко свя­зана синусная головка 8—11, а от нее — толкателю 5, с помощью которого существляется возвратно-поступательное движение верхнего зажима 7. 1 (пть закрепляется в верхнем зажиме 7 п нижнем зажиме 16, расположен­ном па боковой поверхности замка 15. Последний совместно с нижним зажи­мом 16 может двигаться по направляющему стержню 12 только вниз в мо­мент появления остаточной циклической деформации нити и бесступенчато фиксироваться при ее натяжении. Для возврата нижнего зажима 16 в исход­ное положение и его фиксации служит нижний замок 18. Перемещение замка 18 осуществляется при нажатии на язычок фиксатора 19. Нижний замок 18 имеет контакт 17, который связан с электрическим счетчиком числа циклов. При обрыве нити контакт 17, взаимодействующий с контактным проводом 20, размыкается и прибор останавливается. Количество циклов растяжения отме­чается счетчиками, расположенными на передней панели блока управления, припасованного к прибору (на рисунке не показан). Число счетчиков соот­ветствует количеству одновременно испытуемых нитей, т. с. 10. Счетчики уп­равляются герконами 2, которые взаимодействуют с постоянными магнитами <1, закрепленными на валах синусных механизмов.

Т а б л и ц а 4.1

Вид нити или пряжи

Линейная •плотность, те к с

Заданная циклическая деформации, %

Примерная выносливость, число циклов

Хлопчатобумажная кардная 25 0,8—1 4- 10³

пряжа

Шерстяная гребенная пряжа 8,5 X 2 2,8—3 3- 10³

Вискозная комплексная пить 13 0.8-1 1 • 10⁴

Капроновая комплексная нить 5 8-9 1 • 10⁵

Порядок работы на приборе ПН - 5. Устанавливают началь­ную (зажимную) длину между верхним 7 и нижним 16 зажимами (см. рис. 4.13). Для этого верхний зажим 7 устанавливают па защелку 6, а ниж­ний зажим 16 совместно с замком 18 перемещают по направляющему стерж­ню на необходимую величину, которую фиксируют упором 13. Зажимная длина для нитей с разрывным удлинением до 30 % должна составлять 500 мм, а с разрывным удлинением более 30 % — 200 мм.

Устанавливают заданную циклическую деформацию (ход верхнего за­жима) по шкалам синусной головки в следующем порядке:

синусную головку поворачивают так, чтобы микрометрический винт 3 на­ходился справа (рис. 4.14);

ослабив стопорный винт 2, устанавливают необходимый ход верхнего за­жима по шкале 1 (с ценой деления 2 мм). Для повышения точности уста­новки хода верхнего зажима используют микрометрический винт 3 со шка­лой, цена деления которой равна 0,1 мм;

после установки необходимого хода верхнего зажима стопорный винт 2 затягивают до отказа.

Для первой заправки выбирают циклическую деформацию среднего зна­чения (табл. 4.1), обеспечивающую получение выносливости порядка 3—5 тыс. пнклов. Для последующих заправок (по указанию преподавателя) деформа­цию устанавливают па 0,25—0,5 % и на 0,5—1 % выше и ниже средних зна­чений.

После этого переходят к установке статической нагрузки на пить. Она должна составлять 25—30 % разрывной. Минимально возможная на приборе п атическая нагрузка (20 сН) обеспечивается массой нижнего зажима 16 (см. рис. 4.13) и замка 15, а большая нагрузка (до 300 сН)—добавочными грузами 14, которые устанавливают на замке /5.

Пить закрепляют в верхнем зажиме 7, и па се свободный конец подве­шивают груз предварительного натяжения, массу которого выбирают в зависимости от линейной плотности нити по ГОСТ 6611.2—73 [4.11]. Затем нить закрепляют в нижнем зажиме 16.

Рис. 4.15. Блок управле­ния пульсатора ПН-5

Рис. 4.16. Схема пульса­тора ПК-3

Рис. 4.17. Механизм уста­новки заданной цикличе­ской деформации пульсато­ра ПК-3

На блоке управления (рис. 4.15) счетчики числа циклов / устанавливают на нуль. Нажав на кнопку 4 «пуск», одновременно поворачивают ручку 2 сначала против часовой стрелки до отказа, а затем плавно по часовой стрел­ке до необходимого значения частоты циклов (в пределах 0—1000 циклов в минуту), контролируемого по нижнему поясу шкалы 5 (обычно принято 250 циклов в минуту). Верхний зажим 7 (см. рис 4.13) осторожно снимают с защелки 6, что обеспечивает контакт толкателя 5 с синусной головкой. На­жав на язычок фиксатора 19, опускают замок 18, и нить оказывается под на­тяжением. При опускании замка 18 автоматически включается счетчик числа циклов. При обрыве нити замок 18 с грузами 14 падает на нижний упор 21, размыкая контакт 17, и счетчик выключается. Прибор выключают нажатием на кнопку 3 «стоп» (см. рис. 4.15).

Нарастание остаточной циклической деформации нити при ее растяже­нии можно фиксировать по опусканию нижнего зажима специальной мас­штабной линейкой.

Пульсатор ПК-3 системы проф. Г. Н. Кукина, так же как и пульсатор ПН-5, работает по принципу постоянства заданной циклической деформации. На приборе (рис. 4.16) одновременно можно испытывать 5 нитей, каждая из которых закрепляется в верхнем 5 и нижнем 7 зажимах. Верхние зажимы размещены на общем рычаге, который получает возвратно-поступательное движение от электродвигателя /. Величина перемещения верхних зажимов 5 в пределах 1—25 мм контролируется по шкале 4. Нижние зажимы 7 за­креплены на рейках 9, па другом конце которых имеется набор добавочных грузов 12. Усилие, создаваемое рейкой, составляет 40 сН, а вместе с доба­вочными грузами 120 сН. Рейки 9 взаимодействуют с шестернями, па одной оси с которыми насажены храповики 3. Собачки 10 позволяют храповикам 3 поворачиваться в одну сторону — против часовой стрелки, вследствие чего рейки 9 во время испытания могут только опускаться. Для возвращения их в верхнее исходное положение собачки 10 следует откидывать. Механизм рейки позволяет увеличивать в процессе испытания зажимную длину на ве­личину нарастающей остаточной циклической деформации. Эта величина от­мечается на шкале храповиков 3.

Порядок работы на приборе ПК-3. Устанавливают начальное расстояние между зажимами, перемещая подвижную балку 11 вдоль стоек 6 так, чтобы ее положение на шкале 8 соответствовало значению зажимной длины.

Устанавливают заданную циклическую деформацию растяжения с пи мощью механизма 13, схема которого представлена на рис. 4.17 в следующем порядке:

с помощью специального ключа, надеваемого на винт 3, п гаечного кча ослабляют гайку 2;

поворотом специального ключа, надеваемого на винт 6, устапаплпшнш шестерни 5 и 7 в такое положение, при котором стрелка 4 располагаемся па шкале / против значения, равного половине заданной циклической ;ич|м>|> мации растяжения. Закрепляют гайку 2;

вращая шестерни 5 и 7, проверяют размах указательной стрелки на шка ле 4 (см. рис. 4.16). Он должен быть одинаковым от нуля вверх п шип и со ответствовать половине выбранной заданной циклической деформации.

Устанавливают статическую нагрузку на нить с помощью грузов 12, л :=атем частоту циклов растяжения (от 0 до 700 циклов в минуту) поворотим рукоятки 14. Счетчики 15 устанавливают на нуль. Для записи диаграммы па растания остаточной циклической деформации заправляют бумагу в диаграмм ный прибор и устанавливают перья. Передвижную планку 2 устанавливают и крайнее правое положение. Поднимают рейки 9 с нижними зажимами 7, а верхние зажимы ставят в крайнее нижнее положение. Закрепляют нити и зажимах. Освобождают рейки 9, установив передвижную планку 2 г, край нее левое положение. Включают тумблерами счетчики и прибор.

При достижении 1000 циклов растяжения записывают значения остаточ­ной циклической деформации нитей, наблюдаемые по шкалам храповиков Л После обрыва нитей останавливают прибор и записывают показания с'нччи ков.

УКАЗАНИЯ ПО ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать: основные сведения; методику испытания; ргзуль-таты испытания (средняя выносливость при заданной циклической деформн ции); графики зависимости выносливости от заданной циклической деформа пни п_р = [(е₃. ц) (на кривой отмечается предел выносливости; кривая строит ся по средним значениям выносливости для каждой заданной циклической деформации).