Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью объективной оценки эксплуатационных свойств синтетических нитей как технического, так и бытового назначения, которые широко применяются в текстильной промышленности и во многих отраслях техники.
Физико-механические характеристики, представляющие интерес в этом отношении, можно разделить на две группы: безопасные и разрушающие. И те и другие по современным представлениям физики и механики полимеров имеют кинетическую природу, которая позволяет аналитически строить конкретные деформационно-временные аналогии при моделировании свойств твердых тел. При этом при изучении характеристик первой группы наиболее физически значимыми являются значения времени релаксации или запаздывания, а при изучении характеристик второй группы - значения долговечности нагруженного твердого тела.
Используемые методы описания эксплуатационных свойств материалов не должны противоречить указанным выше физическим воззрениям, чтобы не затруднять физическую интерпретацию получаемых экспериментальных данных. Поэтому методы исследований материаловедческого направления приходится развивать в тесном контакте с такими фундаментальными научными направлениями, как физика полимеров и механика деформируемого твердого тела.
Важное место среди изучаемых характеристик полимерных материалов занимают деформационные, позволяющие прогнозировать поведение синтетических нитей в нагруженном состоянии, встречающемся в процессе эксплуатации материалов, производимых из этих нитей.
Наиболее широко используемые из этих характеристик -разрывное напряжения и разрывная деформация - не содержат достаточной информации для прогнозирования эксплуатационных свойств изделий в диапазоне нагружения, в котором превалирующими оказываются релаксационные процессы, а не деструкционные. Сложность изучения таких процессов, протекающих в текстильных материалах, связана с наличием у них ярко выраженной нелинейности вязкоупругих свойств, когда на длительность протекания релаксационного процесса оказывает существенное влияние уровень нагружения. Этим обуславливается
необходимость разработки таких методов определения вязкоупругих характеристик, которые используют минимально возможное число параметров с ясным физическим смыслом, позволяющих проводить как сравнительный анализ деформационных свойств материалов, так и прогнозирование их нагруженных состояний.
Актуальность совершенствования физически обоснованных методов прогнозирования отмечалась в решениях XII Всесоюзной научной конференции по текстильному материаловедению, г. Киев, 1988 г.
Значимость описанного подхода к решению задач материаловедения нашла свое отражение во введении в учебный процесс в СПГУТД новых дисциплин: "Прикладная механика ткани", "Прикладная механика кожи", "Релаксационные явления", "Механика химических волокон и композиционных материалов", базирующихся на основных положениях механики деформируемого твердого тела и физики полимеров.
Выбор объекта исследования - комплексной нити ПЭТ (лавсан) 114 текс (разрывное напряжение сг^ =960 МПа и разрывная
деформация =9%), обусловлен широким применением этой нити
в технике и ее удобствами для установления закономерностей для нитей, изготовленных из гибкоцепных полимеров. Перед испытаниями на ползучесть и восстановление, растяжение с постоянной скоростью в диапазоне температуры от 20С до 80С и релаксацию нить подвергалась отжигу при Т=100С в течение 5 минут.
Данная работа выполнялась в лаборатории механики ориентированных полимеров при кафедре сопротивления материалов СПГУТД по официальному плану НИР преподавателей университета в течение последних пяти лет.
Цель работы состояла в расширении возможностей математического моделирования деформационных свойств синтетических нитей при сравнительном анализе этих свойств и расчетном прогнозировании нагруженных состояний нитей.
Основные задачи работы сводились к следующему:
* аналитическое описание и расчетное прогнозирование
восстановительного деформационного процесса;
* расчетное прогнозирование процесса релаксации напряжения,
протекающего при переменной температуре;
*усовершенствование методов математического моделирования деформационных свойств нитей, связанное с решением вышеуказанных задач.
Научная новизна работы заключается в следующем:
показаны возможность и целесообразность одновременного использования аналитически согласованных математических моделей, построенных на деформационно-временной и сило-временной аналогиях;
удалось значительно упростить аналитическое описание и прогнозирование восстановительного деформационного процесса (ВДП);
* разработанный метод расчетного прогнозирования
релаксации напряжения в условиях переменной температуры можно
рассматривать как вариант обобщения известного представления о
температурно-деформационно-временной аналогии;
* Усовершенствован метод определения численных значений
квазиупругого и квазиравновесного модулей как асимптот к
"семействам" кривых релаксации и ползучести, а также остальных
характеристик. Этот метод представляет ценность также и для ряда
других задач механики синтетических нитей, выходящих за рамки
данной работы.
Опыт работы с нитями различного типа, накопленный в лаборатории механики ориентированных полимеров, позволяет предположить, что разработанные методы могут быть пригодны не только для комплексной нити лавсан с широкими вариациями технологии их получения, но также и для капроновых и других синтетических нитей. '
Практическая значимость работы заключается в использовании разработанных методик определения уточненных параметров модели аналитического описания ВДП и процесса релаксации напряжения в условиях переменной температуры в следующих направлениях:
—- при изучении свойств текстильных материалов;
— в учебном процессе в дисциплинах" Прикладная механика ткани", "Прикладная механика кожи", "Релаксационные явления", "Механика химических волокон и композиционных материалов".
Апробация результатов работы. По результатам работы были сделаны доклады на научном семинаре кафедры сопротивления материалов СПГУТД, на общегородском семинаре НТО им. А.Н.Крылова (1996, 1997 гг.), на XY Международной конференции "Математические модели, методы потенциала и конечных элементов в механике деформируемых тел" (С-Петербург, 1996 г.), на научной конференции, посвященной 60-летию механического факультета СПГУТД "Машины и аппараты текстильной и легкой промышленности" (С-Петербург, 1998 г.),
Публикации. Результаты работы нашли отражение в 7 печатных трудах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы (128 наименований), приложения. Основная часть работы изложена на 148 страницах, включает в себя 19 рисунков и 17 таблиц.
Похожие диссертации на Моделирование деформированных состояний комплексной нити из полиэтилентерефталата (лавсана)
