авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Исследование и прогнозирование ползучести иглопробивных нетканых материалов

-- [ Страница 2 ] --

Для прогнозирования процесса ползучести иглопробивных нетканых материалов была предложена новая математическая модель, учитывающая спектральные особенности их микроструктуры. Проведенное спектральное исследование процесса ползучести показало, что среднестатистические времена запаздывания иглопробивных нетканых материалов, характеризующие переходы условных микрочастиц материала из одного устойчивого положения в другое достаточно малы, т.е. такие переходы осуществляются достаточно быстро - за времена , много меньшие, чем величина базового лабораторного времени (рис.5). Данное обстоятельство явилось основанием для учета в математической модели податливости только неотрицательных значений логарифмическо-временной шкалы приведенного времени (), а для отрицательных значений указанной логарифмической шкалы () - с целью упрощения модели податливость принимается равной нулю (рис.6). Предлагаемая математическая модель податливости имеет вид:

, (2)

, (3)

где - квазиравновесное значение податливости материала;
- нормированная функция, заданная в виде удвоенного интеграла вероятности
- среднестатистическое время запаздывания;
- параметр интенсивности процесса ползучести.

Рисунок 5. Функция времен запаздывания (Пинема-160)

Рисунок 6. Обобщенная кривая податливости (Пинема-160)

Следует заметить, что сделанное допущение о нулевом значении подаливости при временах, меньших среднестатистических времен запаздывания не принципиально, в силу их особой малости. К тому же процесс прогнозирования ползучести и деформационно-восстановительных процессов предполагает рассмотрение временных интервалов, сопоставимых с реальным значением базового времени.

Для предлагаемой математической модели податливости наибольшее значение производной податливости соответствует значению нормированной , то есть , что позволяет определить значение структурного коэффициента :

, (4)

при этом асимптотическое значение квазиравновесной податливости определяется как обратная величина модуля вязкоупругости по диаграмме растяжения (рис.7):

. (5)

Третьим параметром предлагаемой математической модели ползучести является функция времен запаздывания (рис.5):

, , (6)

которая определяется по величине сдвигов кривых "семейства" податливости до обобщенной кривой податливости (рис.6).

График функции можно интерпретировать как сило-временную аналогию, суть которой заключается в увеличении времени запаздывания при увеличении растягивающего усилия, т.е. оказания тормозящего действия на подвижность запаздывающих частиц материала. Такой характер нелинейной ползучести нетканого материала полезно сопоставить с противоположным характером нелинейности ползучести синтетических волокон, у которых нагрузка оказывает, наоборот, активирующее действие на времена запаздывания, понижая их значения. Это отличие вызвано отсутствием

Рисунок 7. Начальная часть экспериментальной диаграммы растяжения (Пинема-160)

упорядоченной микроструктуры материала, в связи с чем, силовой фактор не является определяющим при деформировании. Заметим, что определение квазиравновесной податливости по первому участку диаграммы растяжения (соответствующему зоне эксплуатации материала с незначительными разрушающими воздействиями) компенсирует "ошибку" выбора "нулевого" значения начальной податливости.

Для проверки адекватности построенной математической модели ползучести производилось сопоставление расчетных значений податливости с измеренными экспериментально, что отражено на графиках "семейств" ползучести и податливости (рис.1,2). Близость расчетных точек к экспериментальным кривым подтверждает адекватность и надежность построенной математической модели ползучести.

Следует особо отметить преимущество предлагаемой модели, которое состоит в минимальном количестве параметров модели, которые являются одновременно деформационными характеристиками исследуемого материала.

Для удобства прогнозирования и определения деформационных характеристик по предлагаемым методикам разработано программное обеспечение и официально зарегистрирована программа для ЭВМ на языке программирования Paskal-7 "Определение параметров наследственных уравнений нагруженных состояний полимерных материалов при переменной температуре" (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612729 от 03.08.2006).

В главе 3 на основе математической модели ползучести, построенной во второй главе, разработаны методики прогнозирования процесса ползучести и деформационно-восстановительных процессов иглопробивных нетканых материалов. Указанное прогнозирование основано на применении общего уравнения нелинейно-наследственной ползучести Больцмана-Вольтерра, модификация которого в рамках предлагаемой модели имеет вид:

. (7)

В зависимости от варианта процесса ползучести предлагаются различные методики численного прогнозирования. Например, при активном процессе, которому соответствует ярко выраженный рост скорости нагружения, предлагается разбиение обратной временной шкалы в виде возрастающей геометрической прогрессии, чтобы наилучшим образом учесть быстрорастущие вклады приложенной нагрузки .

Наоборот, при численном прогнозировании длительного процесса ползучести, характеризующегося малым изменением скорости нагружения во времени, предлагается разбиение обратной временной шкалы проводить в убывающей геометрической

Рисунок 8. Деформационно-восстановительный процесс с полной разгрузкой (Пинема-160, линии - эксперимент, точки - расчет по формуле (7))

прогрессии, так как нагрузка мало меняется с увеличением времени, а наиболее существенными будут вклады приложенной нагрузки в начале процесса. Прогнозирование деформационных процессов иглопробивных нетканых материалов становится точнее и проще с применением вычислительной техники. Пример расчета деформационно-восстановительного процесса с полной разгрузкой приведен на рис.8. Разработанное программное обеспечение по методикам численного прогнозирования деформационных процессов оформлено в виде трех официально зарегистрированных программ для ЭВМ: "Прогнозирование деформационно-восстановительных процессов полимерных материалов при переменной температуре" (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612730 от 03.08.2006),"Прогнозирование процессов обратной релаксации полимерных материалов при переменной температуре" (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612728 от 03.08.2006) и "Прогнозирование процессов растяжения полимерных материалов при переменной температуре" (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006612727 от 03.08.2006).

В четвертой главе дается энергетическая оценка механической работы деформирования иглопробивных нетканых материалов, которая имеет важное значение для технологического отбора образцов материалов, обладающих определенными упругими и вязкоупруго-пластическими свойствами.

Среди различных характеристик механических свойств иглопробивных нетканых материалов наибольшая информация об упругих и вязкоупруго-пластических свойствах содержится в деформационных и энергетических компонентах. Поэтому, в силу наибольшей доступности, для исследований указанных характеристик целесообразно использовать работу деформирования, вычисляемую по полной диаграмме растяжения. Для условий эксплуатации иглопробивных нетканых материалов характерна лишь начальная зона деформирования, где существенных накоплений микроразрушений не происходит. В связи с этим, более объективными следует считать механические характеристики, определяемые по измерениям именно в этой зоне механических воздействий. Это, прежде всего, упругая (обратимая) и вязкоупруго-пластическая (необратимая) компоненты механической работы и, соответствующие им, компоненты деформации.

Известно, что полная деформация может быть условно разделена на три основные компоненты:

, (8)

где

- (9)

упругая компонента;

- (10)

пластическая компонента и

- (11)

вязкоупругая компонента.

По аналогии с этим раскладывается и полная механическая работа деформирования

(12)

на упругую (обратимую) компоненту и вязкоупруго-пластическую (необратимую) компоненту , относительные доли которых выражаются формулами , (13) (14) и приведены на рис.9. Методики разделения деформации и механической работы деформирования иглопробивных нетканых материалов на составные компоненты позволяют оценить упругие, вязкоупругие и пластические свойства мате-

Рисунок 9. Относительные доли упругой и вязкоупруго-пластической компонент механической работы деформирования (Пинема-160)

риалов, что чрезвычайно важно при сравнительном анализе образцов.

Рассмотрены примеры применения иглопробивных нетканых материалов "Пинема" в дорожном строительстве. Из рассмотренных в работе материалов, отмечается, что Пинема-400 отличается значительным преобладанием доли упругой составляющей механической работы деформирования. Его целесообразно применять на автодорогах с интенсивным движением, так как он быстрее других восстанавливает свою первоначальную форму и не имеет значительных разрушений своей микроструктуры. Однако, на участках автодорог с повышенной аврийностью следует использовать материалы, у которых преобладает вязкоупруго-пластическая компонента деформации (Пинема-160), так как такие материалы обладают большей способностью гасить вредные механические воздействия.

Пятая глава посвящена спектральному моделированию ползучести иглопробивных нетканых материалов.

Спектр запаздывания - это распределение числа запаздывающих частиц по собственным (внутренним) временам запаздывания. Исходя из определения спектра - он не привязан к лабораторному (внешнему) времени. Спектр запаздывания, по своей сути, есть плотность вероятностного распределения всех запаздавающих частиц материала. Для аналитического представления спектра вводится логарифмическая шкала безразмерного времени, привязанная к среднестатистическому времени запаздывания.

Спектр запаздывания связан с податливостью через функцию запаздывания формулой:

. (15)

Пример спектра запаздывания иглопробивного нетканого материала приведен на рис.10. В рамках рассматриваемой математической модели ползучести, форма спектра запаздывания определяется единственным параметром - интенсивностью процесса ползучести . Спектральный анализ ползучести позволяет выявить зависимости характеристик материалов (табл.1) от параметров математической модели ползучести (2)-(6), что чрезвычайно важно при проведении сравнительной оценки и выборе материалов к использованию по заданному назначению.

Рисунок 10. Спектры запаздывания материалов Пинема (толстая линия - Пинема-160, ; пунктир - Пинема-320, ; тонкая линия - Пинема-400, )

Установлено влияние поверхностной плотности материала на форму спектра запаздывания - через значения структурного коэффициента интенсивности процесса ползучести . Наибольшее значение интенсивность ползучести принимает у материала Пинема-400 (), что соответствует более ярковыраженной форме спектра запаздывания, то есть данный материал обладает наибольшей долговечностью и менее подвержен разрушению по сравнению с другими материалами при прочих равных условиях. И, наоборот, у материала Пинема-160 спектр запаздывания менее ярко выражен (), что соответствует более рыхлой микроструктуре. Данное обстоятельство связано, кроме всего прочего, с количеством проколов на единицу площади при производстве нетканого материала. Мы видим, что у материала Пинема-400 количество проколов в 3 раза больше, чем у материала Пинема-160. В данном случае наблюдается "упрочнение" микроструктуры материала за счет большего числа проколов. Однако, заметное увеличение числа проколов в другом случае может привести, наоборот, к уменьшению прочности материала.

Таким образом, спектральное моделирование ползучести позволяет через анализ формы спектров запаздывания решить задачу целенаправленного отбора образцов материалов, обладающих необходимыми свойствами.

ВЫВОДЫ

1. Предложена математическая модель ползучести иглопробивных нетканых материалов в зоне действия неразрушающих механических воздействий, учитывающая специфику спектрального распределения времен запаздывания.

2. Разработаны методики определения параметров ползучести иглопробивных нетканых материалов в рамках предложенной математической модели.

3. Разработаны методики прогнозирования ползучести и деформационно-восстановительных процессов иглопробивных нетканых материалов, учитывающие характер деформационного процесса (равномерный, активный, длительный, многоступенчатый).

4. Разработаны методики разделения деформации и, соответствующей ей, полной механической работы деформирования на упругую, вязкоупругую и пластическую компоненты, имеющие определяющее значение при качественной оценке эксплуатационных особенностей материала.

5. В рамках предложенной математической модели ползучести иглопробивных нетканых материалов разработана методика определения спектра времен запаздывания.

6. Разработанные методики определения параметров ползучести и прогнозирования деформационных процессов иглопробивных нетканых материалов, а также разработанный вариант спектрального моделирования ползучести, позволяют решать задачи по сравнительной оценке свойств материалов и целенаправленному отбору образцов, обладающих наилучшими, с точки зрения эксплуатационных свойств, деформационными параметрами в зависимости от характеристик материала (поверхностной плотности, толщины, количества пробивок на единицу площади и т.д.).

7. На основе методик определения параметров ползучести, прогнозирования деформационных процессов, выделения упругих, вязкоупругих и пластических компонент механической работы деформирования и полной деформации, а также вычисления спектров запаздывания иглопробивных нетканых материалов, разработано программное обеспечение, способствующее наилучшему решению указанных выше технологических задач по отбору материалов и прогнозированию деформационных процессов.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Киселев С.В., Просвирницын А.В., Слуцкер Г.Я., Сталевич А.М. Реологические свойства нетканого материала на основе полипропилена//Физико-химия полимеров. Синтез, свойства и применение. Выпуск 12, 2006, с. 142 - 144.

2. Киселев С.В., Просвирницын А.В., Слуцкер Г.Я., Сталевич А.М. Ползучесть и восстановление нетканого материала из полипропилена//Химические волокна, 2006, № 6, с. 47 - 52.

3. Киселев С.В. Деформационные свойства нетканых материалов//В сб.: "Сборник трудов аспирантов и докторантов "Дни науки 2005"", 2005, с. 45.

4. Киселев С.В. Нетканые материалы дорожного назначения//В сб.: "Сборник трудов аспирантов и докторантов "Дни науки 2006"", 2006, с. 112.

5. Киселев С.В., Просвирницин А.В., Слуцкер Г.Я., Сталевич А.М. Пластичность и вязкоупругость нетканых волокнистых материалов//В кн.: IX Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике. -Н.Новгород, 22 - 28 августа, 2006, с.34.

6. Киселев С.В., Просвирницын А.В., Макаров А.Г. Принципиальные конструктивные особенности современных иглопробивных машин//В мире оборудования. Легпромбизнес. 2006, № 8 (67), с. 8 - 9.

7. Киселев С.В., Просвирницын А.В., Макаров А.Г. Технологические особенности иглопробивных машин для производства нетканых материалов//В мире оборудования. Легпромбизнес. 2007, № 2 (69), с. 10 - 11.

8. Патент на изобретение № 2251094 от 27.04.2005 "Устройство для испытания волокнистых материалов на растяжение".

9. П

Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.