27. Особенности микро – и макромеханики деформирования полимерных материалов

Основой структуры полимеров являются цепные молекулы, построенные чередованием сотен и тысяч однотипных и разнотипных звеньев – мономеров, между которыми существуют прочные химические связи. Значительная группа термопластических полимерных материалов (полиэтилен высокого давления, политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полиамиды, полистиролы) имеет линейное строение, при котором между соседними цепными молекулами нет поперечных химических связей и возникают относительно слабые силы межмолекулярного взаимодействия, наблюдаются надмолекулярные образования в виде клубков (глобул), пачек  цепей, ветвистых образований (дендритные структуры) и др. Под действием растягивающих напряжений изогнутые и скрученные цепные молекулы стремятся распрямиться, а после удаления внешних усилий эти молекулы постепенно возвращаются к первоначальным, более устойчивым надмолекулярным структурам. Как распрямление, так и обратное самопроизвольное свертывание цепных молекул после разгрузки требует преодоления сил вязкого сопротивления, возникающих при взаимном проскальзывании молекулярных цепей. Поэтому твердые термопластыобладают характерным для них свойством вязкоупругости.

Ряд термопластичных полимеров (например, полиэтилен, политетрафторэтилен) обладают способностью к кристаллизации, которая, однако, не распространяется на весь объем материала. В нем, наряду с кристаллической, сохраняется и некоторая аморфная фаза. Свойства частично кристаллических полимеров в сравнении с полностью аморфными материалами более стабильны по отношению к изменениям температуры. Наряду с термопластами имеется группа термореактивных полимеров, цепные молекулы которых сшиты в отдельных узлах и образуют пространственную сетку. К этим полимерным материалам относятся различные смолы (полиэпоксиды, полиэфиры, фенолформальдегид) и материалы на их основе (композиты). Находясь в стекловидном состоянии, термореактивные полимеры обладают сравнительно большой жесткостью. В таких материалах при нагружении развиваются упругая и вязкоупругая составляющая полной деформации в отсутствие значительных пластических деформаций.  В отличие от металлов деформационные свойства полимерных материалов существенно изменяются с наложением гидростатического сжатия. Полимеры обладают заметной сжимаемостью, причем гидростатическое давление вызывает объемную ползучесть, т.е. уплотнение материала, протекающее во времени с постоянно снижающейся скоростью.  Полимеры обладают значительной релаксационной способностью. 

28. Особенности строения и характер ползучести древесины

Идеализированная схема строения древесины включает волокнистый скелет, обладающий упругими и пластическими свойствами, и аморфный вязкий заполнитель. В силу такого строения древесина является анизотропным и неоднородным материалом. Наличие ярко выраженного скелета (армирования) и заполнителя (матрицы) характерно и для таких искусственных материалов, как слоистые пластинки ДСП и стеклопластика (поведение этих материалов под нагрузкой во многом аналогично поведению древесины). С феноменологической точки зрения анизотропия проявляется в зависимости деформационных свойств от направления усилия относительно волокон.

Деформативность древесины зависит от влажности W и температуры. При повышении влажности от нуля до точки насыщения волокон (W»30%) деформативность увеличивается. Повышение температуры тоже приводит к возрастанию деформаций. При действии нагрузки в древесине развиваются деформации полузучести(вязкоупругие и вязкопластические составляющие). Важным для расчета деформации ползучести и полных деформаций древесины является вопрос об учете влияния переменной во времени влажности. В реальных условиях потеря влаги происходит постепенно, влажность высыхающей древесины связана с продолжительностью процесса.

29. Особенности строения и деформирования бетона Строение бетона обуславливает особенности его деформирования. Бетон представляет собой неоднородное тело, состоящее из заполнителей и цементного камня. Цементный камень, в свою очередь, состоит из кристаллического сростка и аморфной массы – геля. Характерной особенностью строения бетона является большое количество порразличных размеров, образующихся в результате несовершенства укладки бетонной смеси. С момента затвердевания бетона начинаются процессы гидролиза, гидратации, коагуляции, обуславливающие твердение цементного камня. Изменение свойств бетона во времени вследствие затвердения цементного камня называют старением бетона. Интенсивность старения бетона определяется целым рядом факторов, и в первую очередь, составом цемента, водоцементным отношением, влажностью и температурой среды. В связи с явлением старения введено понятие “возраст бетона”. Под возрастом понимается промежуток времени между моментом изготовления, точнее моментом, начиная с которого бетон может считаться твердым телом, и рассматриваемым моментом времени. В феноменологической теории ползучести бетон рассматривается как однородное и изотропное тело. Полная деформация ползучести бетона при сжатии состоит из четырех компонентов: где εУ – упругие деформации;  εП – деформации ползучести;  ε1 – пластическая деформация второго рода;  ε2 – псевдо пластическая деформация.  В теории ползучести бетона для описания длительного деформирования сумму деформаций ползучести, пластических деформаций второго рода, а также псевдо пластических деформаций называют деформацией ползучести и обозначают Еп.  Бетону свойственны такие явления, как усадка и разбухание. На поведение бетона в процессе эксплуатации основное влияние оказывают составляющие усадки, связанные с уменьшением объема затвердевшего цементного камня, а также с удалением капиллярной структурно-связанной и адсорбированной воды. Сумма этих составляющих и называется усадкой Еус.  В силу старения деформации бетона являются функциями времени (в момент приложения напряжений) и t (в момент наблюдения):  где – возраст бетона по окончании влажного хранения.  В условиях эксперимента возникают задачи разделения слагаемых, входящих в сумму (1), а также определения соответствующих физико-механических характеристик. Основные физические закономерности теории ползучести бетона (как металлов, полимеров и других материалов) базируются в первую очередь на кривых ползучести образцов, получаемых при постоянных во времени напряжениях, влажности и температуре.