СПОСОБ ЦИКЛИЧЕСКОГО ИСПЫТАНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR CYCLIC TESTING OF POLYMER MATERIALS

Изобретение относится к области механических испытаний материалов, в частности к испытаниям на сдвиг образцов из полимерных материалов, способных испытывать большие деформации.
Известен способ испытания [Diani J., Brieu М, Gilormini P. Observation and modeling of the anisotropic visco-hyperelastic behavior of a rubberlike material // International Journal of Solids and Structures, 2006. V. 43. pp.3044-3056 doi: 10.1016/j.ijsolstr.2005.06.045 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0020768305003811, когда образец одноосно циклически растягивается-сжимается с постоянной скоростью до заданного удлинения и, далее, циклически деформируется при данном удлинении 10 раз; дальнейшее деформирование проводится с нарастающей амплитудой удлинения по этой же программе - циклирование по 10 раз при каждом уровне удлинения - до некоторого выбранного максимального удлинения. Недостатком данного способа является безостановочный процесс испытания, когда смена направления деформирования образца производится без временной выдержки, когда вязкоупругие процессы не успевают полностью реализоваться.
Известен способ испытания [Свистков А.Л., Шадрин В.В. Способ одноосного циклического испытания материала - Патент №2549841, G01N 33/44, G01N 3/32, опубликован 27.04.2015], при котором образец подвергается циклическому растяжению-сжатию с заданной скоростью до максимальной заданной деформации, выдерживают при этой деформации заданное время, сжимают до исходного ненагруженного состояния, выдерживают заданное время, затем циклически деформируют с выдержкой по времени на каждой ступени деформации при растяжении и сжатии, при этом деформация на каждом цикле растяжения задается меньшей, чем на предыдущем цикле, а деформация на каждом цикле разгрузки задается большей, чем на предыдущем цикле. Недостатком данного способа является определение вязкоупругих свойств материала лишь при одной заданной максимальной деформации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому решению является исследование материала [Dargazany R., Itskov М. A network evolution model for the anisotropic Mullins effect in carbon black filled rubbers // International Journal of Solids and Structures, 2009. V. 46. 2967-2977 https://core.ac.uk/download/pdf/82270897.pdf (doi:10.1016/j.ijsolstr.2009.03.022)], при котором материал растягивается с заданной скоростью до заданного удлинения, многократно циклируется при этом удлинении, затем растягивается с увеличивающейся амплитудой растяжения, вновь циклируется и т.д. до определенного заданного удлинения. В прототипе циклическое удлинение с нарастающей амплитудой осуществляется сначала по одной оси, потом образец вынимается из захватов, вновь зажимается и растягивается по ортогональной оси по той же программе.
Недостатком прототипа является безостановочный характер деформирования в результате которого теряется информация об особенностях вязкоупругого поведения материала, связанная с незавершенностью процесса на предыдущем цикле. Это приводит к искажению информации на следующем цикле. Кроме того, в безостановочном режиме нельзя получить информацию о релаксации напряжений при заданной деформации.
Задачей заявляемого изобретения является создание способа испытания материалов, обеспечивающего получение большей информации о вязкоупругих свойствах материала и о размягчении материала (об эффекте Маллинза) при испытании, получения новых более полных данных.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения общих с прототипом, таких как циклическое растяжение-сжатие с постоянной заданной скоростью с нарастающей амплитудой удлинения на каждом цикле деформации вплоть до установленного максимального удлинения или до разрыва, и отличительного существенного признака - при одноосном деформировании при каждой смене направления деформации образец подвергается выдержке по времени. Согласно п. 2 формулы изобретения образец сначала испытывается циклически с нарастающей амплитудой сначала по одной оси, потом в ортогональном направлении по другой оси. Согласно п. 3 формулы изобретения образец сначала деформируется до первого уровня удлинения по одной оси, затем по другой, после происходит деформирование на следующий уровень удлинения с поочередным осуществлением циклов деформирования по первой и второй осям и, так далее, проводится деформирование до следующих удлинений с попеременным циклическим деформированием по первой и второй осям.
Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - максимально реализовать вязкоупругие свойства материала при каждом уровне удлинения, определить размягчение материала и гистерезисные кривые при заданном удлинении, построить кривые релаксации напряжений при заданных удлинениях, найти остаточную деформацию при разгрузке и остаточную деформацию после выдержки по времени и восстановления структуры материала после снятия нагрузки.
Изобретение иллюстрируется примером и рисунками.
На Фиг. 1. Представлен график циклического растяжения эластомера с нарастающей амплитудой.
0
На Фиг. 2. Начальные участки графика растяжения с нарастающей амплитудой, где, F/S - инженерное напряжение: сила отнесенная к начальному сечению;
λ - удлинение образца.
Пример. Испытание проводилось по следующей программе со скоростью 25%/мин:
На Фиг. 1 виден гистерезис материала (диссипативные потери) при растяжении-сжатии на каждом цикле растяжения-сжатия.
На Фиг. 2 представлен график до 1.5-кратного удлинения. Здесь видны остаточные удлинения при снятии нагрузки и остаточные удлинения при восстановлении структуры и свойств материала после выдержки 10 минут при сжатии до исходного состояния.
Все графики строятся, используя данные проведенного испытания, в котором присутствуют колонки: текущее время, приложенная сила, перемещение.