книги из ГПНТБ / Кобляков А.И. Структура и механические свойства трикотажа

Таким образом, на этом приборе не сохраняются постоянными параметры деформирования, что является серьезным недостатком прибора.

В е н г е р с к и е п р и б о р ы м е м б р а н н о г о т и п а описаны А. Векаши [90]. Схемы приборов с пневматическим и гидравличе­ ским приводами представлены на рис. ѴІ-22.

Рис. ѴІ-21. Схема прибора Уразова

В приборе с пневматическим приводом (рис. ѴІ-22, а) воздух от компрессора через регулирующее устройство 1 попадает в ра­ бочую камеру 2 и растягивает мембрану 3 с образцом 4 под коло­

вается перемещением поршня 10, т. е. изменением величины х. Ве­ личина заданного циклического давления контролируется маномет­ ром и датчиками 8, включенными в цепь управления. Изменение деформации образца фиксируется объемом жидкости под мем­ браной

V — Сх, см3,

где С — площадь поршня.

от кривошипно-шатунного механизма. Испытания проводят с под­ держанием в каждом цикле постоянной амплитуды заданной цик­ лической нагрузки, определяемой амплитудно-электронным реле (на схеме не показано). Контроль за амплитудой циклической на­ грузки выполяег установленный на штоке 4 индуктивный датчик 5. Датчик состоит из корпуса, обмотки 6, пружинящих элементов 7 и перекрытия 8 магнитопровода, жестко соединенного со штоком 4.

Усилия на образец деформируют пружинящие элементы 7, в ре­ зультате корпус датчика сближается с перекрытием 8, умень­ шается величина воздушного зазора между ними и изменяется ин­ дуктивность датчика, включенного в цепь с мостовой схемой 9. Сигнал разбаланса цепи через мостовую схему 9 (рис. ѴІ-23, б) поступает на амплитудно-электронное реле 10, в цепь которого параллельно включен индикатор величины усилия в образце — микроамперметр 11. Пока усилие на образец не достигло задан­ ной величины, реле 10 подключает исполнительный механизм 12. Исполнительный механизм представляет собой магнитный пуска­ тель 13 с системой рычагов и собачкой 14, взаимодействующими по сигналу датчика с храповиком 15, который через червячную передачу 16 перемещает зажим с образцом навстречу орудию до тех пор, пока давление на образец не достигнет заданной вели­ чины, после чего амплитудно-электронное реле выключает его. При появлении остаточной деформации усилие в образце умень­ шается и по импульсу индуктивного датчика амплитудно-элек­ тронное реле включает исполнительный механизм, который переме­ щает зажим с образцом до восстановления заданных параметров.

Электрическая схема прибора разработана в лаборатории элек­ тронной тензометрии (кафедра текстильного материаловедения МТИ).

Приборы, сохраняющие при испытании постоянство заданной максимальной циклической стрелы прогиба

в главе IV, а схема его представлена на рис. IV-18. Этот прибор относится к низкочастотным. На приборе не соблюдается постоян­ ство амплитуды заданной циклической стрелы прогиба, так как отсутствует выбор остаточной циклической деформации. Чем боль­ ше величина остаточной циклической деформации, тем меньше амплитуда заданной циклической стрелы прогиба, поскольку пере­ мещение орудия на величину остаточной циклической стрелы про­ гиба является холостым.

Приборы, сохраняющие при испытании постоянство разных задаваемых параметров

П р и б о р ERDT-2 — пневматический пульсатор, разработан­ ный в Каунасском политехническом институте М. М. Гутаускасом [104] и усовершенствованный по изобретению*, предназначен для

многократного растяжения текстильных материалов мембранным способом при поддержании в каждом цикле максимальной задан­ ной циклической стрелы прогиба и амплитуды заданного цикличе­ ского давления.

Прибор состоит из рабочей камеры с пневматическим приводом и электрического блока (рис. ѴІ-24). Образец 1 помещается над мембраной 2 и прижимается к рабочей камере 3 колоколом 4. Для предварительного натяжения образца на обод колокола надето Г-образное кольцо 5 с иглами на конце, а к камере 3 прикреплено второе кольцо 6 с Ѵ-образной канавкой. Кольцо 6 подпружинено

давлением верхнего кольца 5 нижнее кольцо 6 опускается, сжи­ мая пружину 7. Образец натягивается. Кольца 5 — сменные для создания разной величины давления на образец в зависимости от массы испытуемого материала или условий опыта. Сжатый воз­ дух через редуктор 8 и дроссель 9 при открытом электромагнит­ ном клапане ІО и закрытом клапане 11 (как показано на схеме) попадает в камеру 3 и через отверстие в крышке 12 — под мем­ брану, растягивая образец.

Если клапан 10 закрыть, а клапан 11 открыть, то воздух из ра­ бочей камеры через дроссель 13 выпускается в атмосферу.

Электрическая схема содержит двухканальное усилительное устройство 14—15, электронное устройство 16 со стрелочным при­ бором 17 и исполнительное устройство 18 со счетчиком циклов. Для регистрации изменений стрелы прогиба и давления применены

индуктивные дифференциальные датчики 19 и 20, подключенные через усилительное устройство к измерительному прибору 21.

Величина максимального давления регулируется электронным устройством 16 через датчик 20 и исполнительное устройство 18. Подобно регулируется величина заданной стрелы прогиба, но через датчик 19.

Постоянной в каждом цикле может быть только амплитуда заданного циклического давления; амплитуда заданной цикличе­ ской стрелы прогиба с приростом остаточной циклической стрелы прогиба уменьшается.

Прибор рассчитан на низкую и среднюю частоту циклического деформирования. Он представляет большой интерес для усталост­ ных испытаний трикотажа на многократное двухосное растяжение.

П р и б о р ПРД-5 (пульсатор-релаксометр, двухосный, пятиру­ чейный) — полуавтомат, разработан автором совместно с А. И. Но­ виковым * для испытаний трикотажа и других текстильных изде­ лий на многократное и однократное растяжение. Работа прибора при режиме однократного растяжения рассмотрена в главе IV. Здесь приводятся схема прибора (рис. ѴІ-25) и описание его ра­ боты при режиме многократных испытаний.

Образец 1 заправляют в зажим, состоящий из стакана 2 кони­ ческой формы, прижимной гайки 3, стягивающей кольца 4 и 5 с внутренним диаметром 20—40—60—80 мм. Нижняя часть ста­ кана с помощью накидной гайки соединяется жестко с силовой втулкой 6. К верхнему и нижнему концам втулки крепятся крон­ штейны 7 и 8, в которые вмонтировано по три подшипника — на­ правляющих штока 9 толкателя 10. Зажим с силовой втулкой урав­ новешивается грузом 11. Для выбора остаточной циклической де­ формации образца устанавливается груз 12.

Постоянная амплитуда заданной циклической нагрузки на обра­ зец в каждом цикле испытаний поддерживается посредством ры­ чажного механизма сравнения. Механизм сравнения состоит из штанги 13, по которой перемещается груз 14. Штанга 13 соединена жестко со стаканом 15 шарикового замка и образует рычаг пер­ вого рода, шарнирно соединенный с основанием прибора. Давление груза передается втулке 16, шарнирно соединенной со стаканом 15, и конусному кольцу 17 с подпружиненными шариками 18. Ко­ нусное кольцо шариками жестко связано с силовой втулкой 6 и потому образец с рычагом повисает на толкателе 10. Это происхо­ дит в момент, когда толкатель 10 оказывается в верхнем положе­ нии. Циклическое приложение нагрузки к образцу обеспечивается приводом толкателя, состоящего из двуплечего рычага 19 и экс­ центрика 20. Эксцентрик с помощью зубчатых полумуфт 21 и 22 скользящей шпонкой 23 соединен с валом 24. Узлы привода толка­ теля каждого блока соединены между собой полумуфтами 25 и 26 и образуют главный вал, который через редуктор получает враще­ ние от электродвигателя.

каждого цикла растяжения образца и по определенной про­ грамме.

Испытания ведут до разрушения образца или до заданного числа циклов растяжения. В последнем случае помимо величины остаточной циклической деформации трикотажа определяют ее компоненты. Для этого по сигналу от программного устройства (на схеме не показано) через микровыключатель 36 электродвига­ тель останавливается. Останов электродвигателя происходит тогда, когда эксцентрик находится в крайнем нижнем положении, шари­ ковый замок 37, связывающий силовую трубку с корпусом при­ бора, открыт.

Одновременно по сигналу от программного устройства вклю­ чается соленоид 38 и передвигает зубчатую рейку 39, которая по­ ворачивает шестерню-втулку 40. Шестерня-втулка выступами на торце выталкивает шарики 18 из зацепления силовой втулки 6 и конусного кольца 17. Силовая втулка вместе с зажимом оказы­ вается лишь под действием груза 12 статического натяжения, а об­ разец получает возможность сокращаться за счет исчезающих де­ формаций. Самописцы регистрируют этот процесс, пока не после­ дует команда программного устройства о прекращении испытаний.

Для испытаний при постоянной в каждом цикле амплитуде за­ данной циклической стрелы прогиба механизм сравнения отклю­ чают, работает лишь замок 37. При этом замок закрывается лишь в период нагружения образца, после разгрузки он раскрывается, чтобы не препятствовать исчезновению упруго-эластической дефор­ мации. Это обеспечивается кинематической связью втулок-шесте­ рен 41 и 42, шестерен 43, 44 и червячной передачи 45—46.

Испытания при заданной циклической деформации проводят до разрушения образца или до определенного числа циклов рас­ тяжения с разделением остаточной циклической деформации на компоненты, переходя на режим одноцикловых испытаний, полуцикл отдыха.

Таким образом, на рассмотренном приборе испытания трико­ тажа на многократное растяжение могут проводиться при сохра­ нении постоянной в каждом цикле деформирования как амплитуды заданной циклической деформации (стрелы прогиба), так и ампли­ туды заданного циклического напряжения (давления).

Г Л А В А VII

ПОЛУЦИКЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРИКОТАЖА ПРИ РАСТЯЖЕНИИ И ИХ ПОЛУЧЕНИЕ

Характеристики трикотажных полотен при однократном растя­ жении до разрыва наиболее часто применяют при оценке их ме­ ханических свойств. Показатели разрывной нагрузки и разрывного удлинения нормированы ГОСТ. Большинство работ по исследова­

нию механических свойств трикотажных полотен связаны с опре­ делением полуцикловых характеристик.

Первые обстоятельные исследования механических свойств три­ котажа при растяжении до разрыва в нашей стране проведены в начале 30-х годов. Главным в этих работах был вопрос о выборе метода испытаний, объективно отражающего изменение разрывных характеристик трикотажа при изменении параметров его струк­ туры. Как это не парадоксально, актуальность этой проблемы не уменьшилась и в настоящее время. На трикотажные полотна од­ ного и того же назначения, но разного волокнистого состава стандартами нормируются полуцикловые характеристики, получае­ мые при испытании разными методами (одноосными и двухос­ ными) .

Регламентированные ГОСТ 8847—64 характеристики механиче­ ских свойств трикотажных полотен на растяжение до разрыва не включают относительных характеристик прочности, модулей жест­ кости, что затрудняет сопоставление механических свойств трико­ тажных полотен с разной массой и плотностью вещества.

Стандартные методы испытаний трикотажных полотен на одно­ осное растяжение до разрыва недостаточно отражают их действи­ тельные механические свойства вследствие преждевременного раз­ рушения пробных образцов у зажимов и т. д.

Ниже проанализированы разные методы полуцикловых испыта­ ний, проведено сопоставление получаемых характеристик и даны рекомендации по их применению для оценки механических свойств трикотажа.,

Прежде чем к этому перейти, представляется необходимым рас­ смотреть современные теории прочности твердых тел, основные по­ ложения которых используются для обобщения результатов иссле­ дования экспериментальными методами.

1. О ВРЕМЕННОЙ ЗАВИСИМОСТИ ПРОЧНОСТИ ПРИ ХРУПКОМ РАЗРУШЕНИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

До недавнего времени разрыв текстильных материалов рас­ сматривался как разрушение связей тела по трещинам и дефектам на поверхности, когда напряжение у вершин хотя бы одной из тре­ щин становится равным силам взаимодействия частей тела (силам сцепления между атомами). При достижении критического напря­ жения трещина растет со скоростью, близкой к скорости распро­ странения упругих волн, разделяя тело на части. Эта гипотеза хрупкой прочности впервые была сформулирована А. Гриффи­ том [105].

А. Ф. Иоффе с сотрудниками [106] экспериментально было под­ тверждено существование микротрещин и показано, что макси­ мальное напряжение в вершине поверхностей трещины оказывается во много раз больше напряжения, определенного отношением де­ формирующей нагрузки к сечению ослабленного образца.

Зависимость напряжения сгв от наличия дефектов или степени однородности вещества, по В. Вейбуллу [107], имеет вид

(ѴІІ-1)

• ~ Ѵ ѵ

где А — постоянная, зависящая от природы материала и типа на­ пряженного состояния;

п — постоянная, учитывающая характер распределения дефек­ тов или степень однородности вещества;

V — объем образца.

При ti—>-оо в случае идеального однородного бездефектного тела прочность не зависит от объема образца.

Согласно статистической теории хрупкой прочности А. П. Алек­ сандрова и С. Н. Журкова [108] разрыв происходит не одновре­ менно по всей поверхности разрушения, а постепенно: начинается с самого опасного перенапряженного участка, затем распростра­ няется в новых дефектных местах, пока в результате роста трещин не достигнет критической величины. В отличие от Гриффита А. П. Александров и С. Н. Журков рассматривают разрушение твердого тела как процесс, развивающийся во времени.

В 50-х годах С. Н. Журков формулирует флуктуационную тео­ рию разрушения твердых тел. Согласно этой теории связи между атомами макромолекул, колеблющихся вследствие теплового дви­ жения около своих равновесных положений, могут разрываться тепловыми флуктуациями (самопроизвольно происходящие случай­ ные отклонения физических величин от их средних значений). Ве­ роятность такого разрыва зависит от начального потенциального

грузкой; Т — абсолютная температура;

К — постоянная Больтцмана; а — приложенное напряжение;

хо,и0,у — постоянные, характеризующие вид материала. Величина хо для всех исследованных Н. С. Журковым мате­

риалов оказалась одинаковой, равной ІО-12—10-13, т. е. соответст­ вует периоду колебаний атомов в твердых телах. Величина U0 вы­ ражает энергетический барьер, который необходимо преодолеть при разрушении тела. Этот барьер соответствует энергии химиче­ ских связей его молекул и не зависит от межмолекулярных связей.