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

ветствие линий разрушения продольному и поперечному направ­ лениям рулона подтверждает то, что тканевый подслой значи­ тельно влияет на механические свойства некоторых синтетичес­ ких кож.

ДИАГРАММЫ РАСТЯЖЕНИЯ [КРИВЫЕ «УДЛИНЕНИЕ-

НАГРУЗКА»)

На рис. 21 представлены кривые растяжения всех исследо­ ванных материалов. Способ построения кривых описан на с. 62—63. Все кривые хорошо «выпрямляются» в логарифмиче­ ских координатах, поэтому могут быть выражены параболиче­ ским уравнением e=/LQn.

Чтобы увязать полученные данные с теоретическими положе­ ниями сопротивления материалов и теории упругости, сделано одно допущение: на рис. 21 по оси абсцисс отложено относи­ тельное удлинение, а по оси ординат — удельная нагрузка, т. е. те координаты, которые приняты в сопротивлении материалов. В этих координатах относительное удлинение является аргумен­ том, а удельная нагрузка — функцией. Тогда уравнение e = A Q n должно принять вид:

которое также является параболическим, причем в данном слу­ чае В соответствует модулю упругости первого рода, т. е. наг­ рузке, необходимой для увеличения длины образца на 100% (при е=1 Q = B ) .

По полученным экспериментальным данным надо определять В и т, но этого не сделали, так как в обувной технологии на­ коплен большой опыт определения, обработки характеристик ма­ териалов и их систем через А и п. Параметры А и п используют при расчете деформации заготовки, при ее проектировании и в некоторых других научно-исследовательских работах. Так как настоящая работа должна уточнить методы проектирования за­ готовок при различных способах формования обуви, в ней так­ же определялись параметры А и п.

Сравнение кривых подтверждает теоретические предположе­ ния, сделанные в начале работы: степень двухосности растяже­ ния значительно влияет на механические характеристики мате­

75

Особенно хорошо это видно по кривым растяжения трикота­ жа и тканей, растягиваемых по диагонали.

Резко отличаются от остальных кривые растяжения поливи­ нилхлорида (рис. 22). Они имеют совершенно другой ха­ рактер. Следовательно, поведение остальных материалов при растяжении с различной степенью двухосности объясняется свой­ ствами волокнисто-сетчатой структуры их.

йі: С0Н/мм'

1

ГII

Рассмотрим более конкретно кривые растяжения выростка

июфти (см. рис. 21, а, б). Они очень сходны. Растяжение вдоль

ипоперек хребта (как одноосное, так и двухосное стесненное) показывает довольно большую анизотропию, что естественно для кожи. Такие же кривые имеет и шевро (рис. 21, в). Удли­

нение всех кож при увеличении степени двухосности резко сни­ жается.

Синтетическая кожа имеет некоторые отличия (рис. 21, г). Кривые при одноосном растяжении (вдоль, поперек и под углом 45° к длине ленты) имеют несколько перегибов. Это, очевидно, связано с тем, что слои материала на разных стадиях нагруже­ ния работают по-разному [129]. Увеличение степени двухосности ставит слои синтетической кожи в более одинаковые условия деформирования, поэтому кривые растяжения становятся более плавными. Однако в отличие от кривых растяжения других во­ локнисто-сетчатых материалов кривые растяжения синтетичес­ кой кожи имеют выпуклость в сторону оси нагрузок.

Весьма характерны кривые растяжения трикотажа и тканей (см. рис. 21, д, е, ж, з): все они имеют ярко выраженную одина­

78

ковую тенденцию изменения свойств при увеличении степени: двухосности. Кривые двухосного симметричного растяжения тканей близки к кривым одноосного и стесненного растяжения по тем направлениям, которые имеют минимальное удлинениепри одноосном растяжении. Так, для трехслойной кирзы и тиксаржи это направление по утку. Кривая двухосного симметрич­ ного растяжения двухслойной кирзы близка к кривым одноосно­ го растяжения ее и по основе и по утку. Кривые двухосногосимметричного растяжения выростка и юфти совпадают с кри­ вой стесненного растяжения этих же образцов, вырубленных вдоль хребта. Следовательно, при двухосном симметричном рас­ тяжении кожа воспринимает нагрузку в направлении минималь­ ного удлинения при стесненном растяжении.

Это вполне объяснимо. На приборах для двухосного симмет­ ричного растяжения образцы материалов получают равные' перемещения в любом направлении, а нагрузка на образец рас­

метричного растяжения близка к кривой растяжения образца в том направлении, которое при одноосном растяжении имеет ми­ нимальное удлинение. Сопротивление же материала деформиро­ ванию в перпендикулярном направлении, в том, которое имеет большее удлинение при одноосном растяжении, незначительно влияет на кривую двухосного симметричного растяжения. Мето­ ды двухосных испытаний анизотропных материалов разбирают­ ся в главе V II.

Также следует отметить, что ткани при стесненном растяже­ нии по основе и по утку ведут себя не так, как другие материа­ лы. Удлинение при разрушении в этом случае несколько больше, а нагрузка при разрушении меньше, чем при одноосном растя­ жении в соответствующем направлении. Особенно это заметно на кривых испытаний двухслойной кирзы, растягиваемой по ос­ нове и утку, и тик-саржи, растягиваемой по утку. Такое явле­ ние можно предположительно объяснить, исходя из характераработы элементов ткани при нагружении.

При удлинении ткани по основе или по утку происходит следующее:

выпрямление группы нитей (основы или утка); скольжение волокон относительно друг друга; растяжение самих волокон.

Кроме того, надо учитывать еще один фактор — защемляю­ щее действие нитей. Этот фактор должен особенно проявляться при одноосном растяжении узкого образца тканей, когда нити свободно воздействуют друг на друга при поперечном сокраще­ нии.

Очевидно, при разных условиях нагружения роль и соотно­

79

иые положения. Поэтому система координат по удельным на­ грузкам не была использована.

Можно было бы использовать прямоугольную систему коор­ динат по удлинениям (рис. 23, б). Тогда бы двухосные виды

Рис. 23. Схемы для графического изображения результатов испытании при различных видах растяжения

растяжения нашли бы свое место, так как еі= В 2 при двухосном симметричном растяжении, а еі или вг равны нулю при двухос­ ном стесненном растяжении. При использовании этой системы координат некоторые колебания имели бы векторы одноосного растяжения, так как поперечное сокращение обувных материа­ лов значительно колеблется и еще недостаточно изучено. Его можно было бы принять равным 0,5 и тогда бы получилась си­ стема изображения, показанная на рис. 23, в. В этой системе каждый вид и направление растяжения имеют определенное место.

■ Предельные кривые продольных и поперечных удлинений ис­ следуемых материалов широко используются. Эти кривые пока­

зывают, какими продольными и поперечными удлинениями мож­ но деформировать материалы. При переходе за линию, ограни­ чивающую внутреннюю зону предельной кривой, материал раз­ рушается.

Однако построенные таким образом предельные кривые не­ удачны для восприятия из-за того, что они значительно теряли те особенности, которые желательно было бы выделить. Поэто­ му пришлось пойти на некоторую схематизацию графического построения: принять условные изображения степени двухосности и направления растяжения (рис. 23, г). Такие схемы названы сводными диаграммами — это как бы развернутый относитель­ но центра координат рис. 23, в.

В середине стоит двухосное симметричное растяжение, нале­ во и направо степень двухосности уменьшается: последовательно идет двухосное стесненное (несимметричное) растяжение, затем одноосное, но налево — в одном из направлений растяжения, например, по основе или вдоль хребта, а направо — соответст­ венно в другом.

На рис. 24—27 показаны построенные таким способом свод­ ные диаграммы для всех исследованных материалов, кроме по­ ливинилхлорида.

Для сравнительной оценки по вертикальным осям соответст­ вующих диаграмм откладываются относительные величины по­ казателей ер, <7р и А, рассчитанные по показателю двухосного симметричного растяжения, принятого за 100%. Показатель степени п дается в абсолютных цифрах, так как они вполне сравнимы.

Условно принимается, что растяжение по двум диагональным направлениям (под 45 и 135°) для текстильных материаловиме­ ет одинаковый характер и одинаковые абсолютные значения. Поэтому материал фактически испытывался по одной диагонали. На сводных диаграммах данные испытаний по диагонали изо­ бражены симметричными пунктирными линиями.

Относительное удлинение при разрушении образца. На рис. 24 показаны сводные диаграммы изменения относительного удлинения в момент разрушения образцов материалов в зави­ симости от степени двухосности испытаний и направления рас­ тяжения.

Кривые подтверждают теоретические предпосылки: двухос­ ное растяжение той или иной степени резко меняет механические характеристики волокнисто-сетчатых материалов. Как отмеча­ лось ранее (см. с. 14), увеличение степени двухосности растяги­

можность ориентации структурных элементов волокнисто-сетча­ тых материалов, а следовательно, и уменьшает удлинения, в том

82

числе и относительное удлинение образца при разрушении. Оно падает в некоторых случаях даже в несколько раз (кроме удли­ нения тканей, испытываемых по основе и по утку).

При изменении степени двухосности испытаний относительное удлинение выростка и юфти уменьшается в 2,5—3 раза. То же самое имеем и в синтетической коже и трикотаже, испытывае­ мых по диагонали. Относительное удлинение шевро, тканей, испытываемых по диагонали, трикотажа, нагружаемого вдоль петельного ряда, уменьшается в 4—6 раз.

Здесь можно отметить характерную зависимость: чем боль­ ше тягучесть материала по органолептической оценке, тем сильнее падает относительное удлинение при увеличении степе­ ни двухосности.

Коэффициент удлинения. В общем, картина изменения коэф­ фициента удлинения в зависимости от степени двухосности ис­ пытаний и направления растяжения образцов аналогична изме­ нениям 8Р (см. рис. 25).

Коэффициент удлинения А при двухосном симметричном рас­ тяжении выростка по сравнению с коэффициентом удлинения при одноосном растяжении уменьшается в 1,5—2 раза для об­ разцов, испытываемых соответственно вдоль и поперек хребта. Изменения коэффициента А юфти менее значительны, нс также проявляется анизотропия в свойствах по направлениям выруба­ ния образцов, равная 1,5.

Коэффициент удлинения материалов большой тягучести (шевро и тканей, испытываемых по диагонали) в зависимости от степени двухосности уменьшается до 8 раз.

В общем, характер уменьшения А еще раз подтверждает по­ ложение о том, что основную роль в удлинении волокнисто-сет­ чатых материалов играет грубая структура материала, вызыва­ ющая его деформацию при различных видах растяжения.

Удельная нагрузка при разрушении. В отличие от ер и А, которые резко уменьшают свои значения, удельная нагрузка при разрушении в зависимости от степени двухосности изменяет­ ся незначительно (см. рис. 26). С некоторым приближением ее можно считать почти постоянной.

Резкого различия в изменении qp кож, тканей при увеличении степени двухосности не наблюдалось, однако каждому материа­ лу присущи характерные черты. Вследствие анизотропии удель­ ная нагрузка при разрушении образцов несколько падает при переходе от одноосного растяжения в одном направлении через двухосное до одноосного растяжения в перпендикулярном на­ правлении.

Испытания на новых приборах и теоретическое рассмотрение соотношений нормальных и касательных напряжений, возникаю­ щих при испытании материалов, полностью подтверждают тео­ рию ориентации волокнисто-сетчатых материалов: элемент во-