книги из ГПНТБ / Кан К.Н. Механическая прочность эпоксидной изоляции

где k — индекс, соответствующий /г-й температуре. После инте­ грирования

опытные данные для одной и той же температуры, но при разных скоростях нагружения. Из выражений (13) и (15) видно, что величины Аи и йк зависят только от температуры. Таких урав­ нений можно записать столько, сколько принято скоростей на­ гружения при испытании образцов.

образному и высокоэластическому состоянию эпоксидного ком­ паунда. Обозначим значения величин а, b, р и q, соответствую­ щие стеклообразному состоянию, через a c , Ьс, р с и qc, а высоко­ эластическому— через аэ, Ьэ, р э и <7э-

Таким образом, задача отыскания параметров температур­ но-временной зависимости механической прочности компаундов

зуются образцы, которые испытываются на растяжение по уско­ ренной методике [131, 132].

Для одной марки эпоксидного компаунда изготовляется в идентичных условиях партия образцов из 126 штук. Партия делится на три группы по 42 образца в каждой. Каждая из этих групп испытывается на растяжение до разрушения при

разцов делятся на семь подгрупп по шесть образцов в каждой. Образцы каждой подгруппы испытываются при следующих семи температурах: —20, 20, 60, 70, 80, 100, 120° С.

Для получения опытных данных необходима нагружающая установка (рис. 25), позволяющая производить нагружение об­ разца с наперед заданной скоростью нарастания напряжений. Установка состоит из рычажной испытательной машины УП-7 4, нагружающего устройства и термокамеры 3. В термокамере автоматически поддерживается заданная температура. Темпера­ турный режим термокамеры 20—160° С. Методика испытаний при отрицательных температурах описана в предыдущем пара­ графе.

нити 6 к грузовому рычагу машины. После этого образец прогре­ вается до заданной температуры испытания. Время прогрева 1 ч. Для сокращения времени прогрева образца в термокамере рекомендуется иметь термостат, где образцы выдерживаются при заданной температуре испытания.

5

Нагружение образца с определенной скоростью нарастания напряжений производится путем постепенного заполнения во­ дой сосуда 8. Вода подается из расходного бака 2 большой емкости по трубопроводу / через кран 9. На выходе крана уста­ новлена сменная насадка 7 с калиброванным отверстием. Путем смены насадок 7 достигается различная скорость заполнения со­ суда 8 водой, а следовательно, и различная скорость нарастания напряжений в испытуемом образце. После разрушения образца вода в сосуде 8 взвешивается, и с учетом передаточного отно­ шения рычажной системы определяется разрушающая нагрузка

.Рразр для данного образца. Предел прочности определяется по формуле

F

где F — площадь сечения образца.

Таким образом, в результате испытаний партии образцов из одной марки эпоксидного компаунда получается 21 значение предела прочности для трех различных скоростей нагружения и семи температур. С помощью этих опытных значений расчет­ ным путем определяются параметры зависимости (17) по описы­ ваемой ниже методике.

Прежде всего необходимо решить следующие три системы уравнений типа (20) и (21):

e ^ V p i i — i

£ ° W P 1 1 — і

Ак<хкщ;

е а Л т Р з і — і

Akaku>3.

e ° W P 3 i _ i

В результате решения этих систем для каждой температуры будут найдены по три значения параметров Ah и a,h, которые обозначим через Ah'', Ah", Ah"' и a*,', ah", ак". По этим значе­ ниям могут быть найдены средние значения:

Поскольку температура 7\ имеет семь значений, то необхо­ димо произвести описанную расчетную операцию семь раз, в ре­ зультате чего будут найдены семь значений параметров Ль.Ср и

кладываются на графиках, изображенных на рис. 26 и 27 в ко­ ординатах \gAkc-p—І/Т и ctftcp—l/Т; по опытным точкам на гра­ фиках проводятся прямые линии, с помощью которых опреде­ ляются величины ас, b0, р с , qc и аэ, Ьэ, р 9 , qu. Отрезок, отсекаемый прямой 2 на оси ординат (рис. 26), дает значение ас, а угловой коэффициент этой прямой дает значение Ъс. Аналогично по пря­ мой / определяются величины аэ и Ьэ.

На графике (рис. 27) с помощью прямой / определяются величины рс и qc- Величина р с есть отрезок, отсекаемый пря­ мой / на оси ординат, a qc — угловой коэффициент этой прямой. Аналогично определяются по прямой 2 величины р э и q9. Таким образом, все параметры температурно-временной зависимости механической прочности эпоксидных компаундов, входящие

в выражение (17), а следовательно, и в (10), оказываются опре­ деленными.

По формуле (17) может быть рассчитана долговечность при любом напряжении и температуре. По описанной методике оп­ ределены параметры температурно-временной зависимости ме­ ханической прочности эпоксидных компаундов ЭЗК-10 и КЭ-2,. значения которых приведены в табл. 8.

Для проверки результатов, полученных по ускоренной мето­ дике, проводились прямые опыты по определению долговечности эпоксидных компаундов ЭЗК-10 и КЭ-2 [132].

Сопоставление опытных данных, полученных путем прямых длительных испытаний образцов на растяжение, с результатами, полученными расчетным путем по уравнению (17), показывает пригодность этого уравнения для расчета долговечности по данным ускоренных испытаний. Расхождение между экспери­ ментальными и расчетными данными в среднем не превы­ шает 10%.

Определение параметров температурно-временной зависи­ мости прочности даже по ускоренной методике, изложенной выше, достаточно трудоемко. Поэтому для инженерных расче­ тов можно рекомендовать некоторые условные пределы длитель­ ной прочности, для обоснования которых можно использовать данные табл. 9. Подставляя параметры из табл. 8 в выражение (17), получаем следующие формулы для расчета долговечности при Т = 293° К (20° С ) .

Данные табл. 9 позволяют рекомендовать следующие услов­ ные пределы длительной прочности:

для кратковременных ударов 0 в ( Ю - 3 ) = о - в ;

для условий транспортировки ав (К)*) = 0 , 7 С в .

для длительной эксплуатации о-в (105 ) = 0 , 5 Ов.

Эти рекомендации используются ниже при расчете конструк­ ций с литой изоляцией из эпоксидных компаундов.

9. Критерий прочности

Эпоксидные компаунды в стеклообразном состоянии, как и другие жесткие термореактивные полимерные материалы, от­ личаются хрупким разрушением и имеют неодинаковые пре­ делы прочности на растяжение и сжатие. Детали, изготовлен­ ные из этих материалов, разрушаются внезапно, без заметных внешних признаков начала разрушения. Поэтому для обеспе­ чения необходимой надежности при расчете на прочность дета­ лей, изготовленных из жестких пластмасс, очень важным яв­ ляется правильный выбор теории прочности, согласно которой определяется эквивалентное напряжение в опасных точках де­ талей. Известно, что для хрупких материалов, различно сопро­ тивляющихся растяжению и сжатию, разработано несколько теорий прочности: I и I I классические теории прочности, тео­ рия прочности Мора, теории Ягна, Баландина, Миролюбова [93].

Каждая из этих теорий дает различные критерии прочности, с помощью которых производится количественная оценка сте­ пени опасности напряженного состояния.

В работах [55, 56] предложен уточненный критерий прочно­ сти для жестких пластмасс, обобщающий критерии прочности Ягна и других авторов. Ниже используются следующие обозна­

Ов. р/(Тв.

Обычно пригодность критерия прочности для исследуемого материала проверяют по результатам испытаний на прочность в плоском напряженном состоянии. Для плоского напряженного состояния все критерии прочности могут быть показаны графи­ чески на плоскости в виде предельных кривых. Эти кривые представляют собой геометрическое место точек с координатами, равными предельным величинам двух главных нормальных на­ пряжений, при которых происходит разрушение материала. Путем сопоставления предельной кривой, соответствующей тому или иному критерию прочности, с опытными значениями пре­ дельных главных нормальных напряжений можно установить степень пригодности критерия прочности для данного материала.

С целью выбора критерия прочности для жестких компаун­ дов Ю. С. Первушиным [56, 90] были испытаны в плоском на­

ных нормальных напряжений в разрушаемом элементе образца. Нагружающим устройством служила специальная гидравличе­ ская машина для двухосного нагружения, позволяющая созда­ вать 24 вида различных плосконапряженных состояний. Испы­ тания на прочность проводились в условиях кратковременного статического нагружения при комнатной температуре. Образцы доводились до разрушения. При этом между напряжениями по двум взаимно перпендикулярным направлениям в процессе на­ гружения все время поддерживалось постоянное соотношение, что соответствовало условию простого нагружения.

На рис. 28 приведены результаты испытания эпоксидного компаунда ЭЗЛ-120. Оси координат направлены вдоль главных нормальных напряжений oi и 02 . Кружками отмечены экспери­ ментальные значения предельных напряжений, полученные при разных видах плоского напряженного состояния. На том же рисунке представлены предельные кривые, построенные по упо­ мянутым выше критериям прочности.

Ввиду изотропности жестких термореактивных пластмасс предельные кривые имеют ось симметрии, равнонаклоненную к осям координат, вследствие чего опытные значения предель­ ных напряжений наносились только на одну половину плоско­ сти главных нормальных напряжений.