Исследование динамических свойств резины (1089966), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Из соотношений (2) и (3) следует, что основные динамические характеристики Е и К данной резины могут быть определены, если известны опытные значения: энергии (и), механических потерь (и) н амплитуды деформации (га) динамического цикла. 7 З. МЕтодц ИССЛЕДОВАНИЯ Необходимость создания ряда новых приборов и метадов, описываемых ниже, возникла в связи с задачей изучения динамических свойств резины при различных условиях ее циклического нагружения и выявления зависимости показателей Е и К от вида деформации, ее величины, частоты, температуры, ассиметрии цикла ит.д. Существенно было также реиомендовать простые и рациональные методы динамических испытаний резины для практических целей. Применительно к шинным резинам, последняя задача потребовала создания прибора с режимом испытания близким к реализуемому в элементах шины при ее эксплуатации.
а) Опредеяенне динамических свойств резин на маятниковом приборе методом упругого отскока Этот простой метод, реализованный нами по предложению Й. Л. Бидермапа, позволяет быстро и надежно определять значения Е н К при ударном растяжении, а также исследовать их зависимость от величины статической и динамической составляющих деформаций. Благодаря простоте и высокой производительности, этот метод оказался очень полезным при изучении зависимости динамических свойств резины от различных, широко варьируемых факторов рецептуры и технологии. Иопытвние заключается в том, что маятниковый копер наносит удар по резиновой полоске, закрепленной между двумя зажимами. В завиоимости от натяжения, примененного при закреплении, испытуемому образцу может задаваться та или иная предвврительная деформация. Из опытных данных непосредственно определяются: полная энергия удара, механические потери цикла (разность между полной и возвращенной энергиями) и максимальное растяжение образца при ударе.
Поскольку деформация, которую претерпевает при поперечном ударе иопытуемая полоска (длиной 80 мм, шириной 15 мм и толщиной -2 мм), весьма близка к простому растяжению, расчет динамических характеристик может вестись иа основе приведенных выше соотношений (2) и (3). б) Динамические испытания кольцевых образцов в режиме качения Этот метод позволяет проводить испытапия при относительно больших деформациях сжатия и высоких скоростях движения испытуемой резины через зону деформации.
Прибор реализует импульсный режим нагружения и воспроизводит ряд существенных особенностей динамического режима деформации шинных резин. 8 (8) где: — радиальная нагрузка на прижимной ролик, г — радиус прижимного ролика, и — толщина резинового слоя, Ч вЂ” объем резинового слоя, Кз †наружн радиус кольцевого образца, Испытуемый образец в виде резинового кольца, укрепленного на стальном сердечнике, принудительно вращается с заданной скоростью, находясь прн этом в фрнкционном сцеплении со свободно вращающимся стальным роликом, принснмаемым к нему определенным радиальным усилием.
Непосредственно измеряемыми на приборе показателями являются: радиальная нагрузка на кольцевой образец (передаваемая через прижимной ролик), дннамннеокнй прбгнб резинового слоя, в зоне контакта с роликом, скорость вращения образца н прилагаемый к нему крутящий момент. Испытание может вестись в условиях заданной радиальной нагрузки, либо заданного прогиба.
В последнем случае радиальная нагрузка, арн данной скорости движения через зону деформации (лнбо данной частоте импульсного нагружения), является условной характеристикой динамической упругости резины, а механические потери цикла, определяемые из крутящего момента, характеризуют ее внутреннее трение. Динамические характеристики Е н К могут быть рассчитаны из опытмых данных на основании дгрнблнженной теории развитой Л. Ю. Ишлннскнм, применительно к качению жесткого катка по упруго-вязкому ооновакню. Прн иопользованнн н траноформацин теории, применительно к реализуемому в приборе случаю, делаются предположения, что: а) резина при динамическом нагруженнн, может рассматриваться, в первом приближении, как среда Кельвнна н б) прн применяемых относительно небольших прогибах, можно ограничиться рассмотрением напряжений н деформаций сжатия, пренебрегая тангенцнальными силами н смещениями. Основанием для принятых допущений является согласие полученных расчетных формул с экспериментом н опноснтельная независимость определяемых нз ннх значений динамических характеристик Е н К от размеров испытуемого образца н прижимного ролика.
Соответсввующие расчетные формулы ммеюг внд: 2(п с) '/и ь чъ н, 1а й~й> (м . м~) '/з (во( в) К~ — его внутренний радиус, Ь вЂ” ширина слоя, на — максимальное радиальное смещение в зоне контакта (нрогиб), М вЂ” крутящий момент, Ма — нулевой момент, обусловленный потерями в подшипниках н вентиляционными потерями. Прибор для динамических тишытаний резины методом обкатки кольцевых образцов рекомендован в качеспве типового для лабо- раторий шинных заводов и в настоящее время изготовляется серийно.
, в) Динамические испытания методом свободного сокращения. Метод оонован яа измерении напряжения в растянутой реэиновой полоске, скорости ее сокращения при мгновенной разгрузке и скорости распространения импульса разгрузки. Метод позволяет исспедовать зависимость динамических характеристик от деформации растяжения, варьируемой в очень широких пределах (от 25 до 200%).
Он весьма удобен для исследования температурных зависимостей, особенно в области низких температур. Существенна также возможность изучения, с его помощью, влияния времени выдержки испытуемого образца в растянутом состоянии, поскольку таким образом может быть охарактеризована склонность иопытуемых резин к накоплению остаточных и квази- остаточных деформаций при несимметричном циклическом нагружен ни. Определение динамических характеристик, из опытных данных по овободному сокращению, потребовало разработки приближенной теории явления. Основное допущение теории сводится к тому, что при прохождении импульса разгрузки от освободившегося к закрепленному концу образца, элементы его последовательно приобретают некоторую скорость (зависящую от величины первоначальной деформации), причем сумма кинетической энергии элемента обьема образца, движущегося с этой скоростью и знергетнчеоких потерь на внутреннее трение прн сокращении равна зш)асу потенциальной энергии этого элемента в момент предшествующий началу свободного сокрашения.
Основанием принятого допущения является опытный факт постоянства скорости данной точки образца .в процессе свободного сокращения и независимость этой скорости от положения выбранной точки (расстояния ее от закрепленного конца образца). Определяемыми нз опыта показателями являются: начальная деформация образца — е,, начальное напряжение (истянное)— з, окорость свободного сокращения, измеряемая в двух фиксированных точках (А н В) т э, расстояние между этими точками в недеформированном образце — ь, поомежуток времени разделяющий начала движений точек А и В при свободном сокращении — з(, начальная остаточная деформация — О .
1О Последний показатель определяется из расстояния (1.) между точками А н В при движении их со скоростью ч (6 = — ). Он ь ье ьо учитывает механическую предысторию образца и является функцией общей деформации и времени выдержки образца в растянутом состоянии. Основные динамические характеристики Е и К определяются из соотношений: (9) К = Е— (!О) 2 [ао-з — 1п(ао — 0+1)) ' в которых 9-+О по мере уменьшения длительности предварительной выдержки испытуемою образца в растянутом состоянии. Соотношения (9) и (10) оютветствуют предложенному Г.
М. Бартеневым закону пропорциональности между деформацией растяжения и истинным (т. е. рассчитанным на действительное поперечное сечение) нэпряжением. Удельная работа деформации оказывается в этом случае пропорциональной функции: е~ ~р(з) = з — )п(а+1), которая приближенно выражается через— 2 лишь в области малых деформаций. Таким образом замена (2) и (3) соотношениями: % Е ( е е — )п (за+)Н 1)=Щ'о — )п(ее+1)) (11) (12) 4(уф+1) и а1 ()З) Этот показатель имеет существенное значение для характеристики механического поведения при весьма быстрых нэгружениях, скорость которых сопоставима со скоростью распространения упругих колебаний в резине.
11 позволяет раошнрить область практической незэвнсиькстн показателей Е н К от величины динамической деформации. Г1ги испытаниях на свободное сокращенэе, наряду соса)овнымн динамчческпмн показателями Е и К может быль определена скорость распространения импульса разгрузки — Чч, вычисляемая из очезнгцюго соотношения: ()5) 12 г) Определение динамических характеристик при многократном растяжении на ротационном приборе Особенностью прибора является возможность определения значений динамических характеристик резины, при простом растяжении, в условиях гармонического нагружения и различных, широко варьируемых значениях как амплитудного, так и среднего значения деформации, либо напряжения.
Кроме того, прибор позволяет весьма аккуратно исследовать явление динамической релаксации, т. е. наблюдать за временными изменениями средних и амплитудных значений напряжений, если заданы деформации, и наоборот, деформаций, если заданы напряжения.
Рабочей частью прибора являются два диска: большой и малый по окружности которых расположены легкие зажимы (по 6 штук на каждом диске) для крепления образцов (узких полосок либо колец). Большой днак принудительно вращается с произвольно задаваемой скоростью и передает вращение малому диску (расположенно' му параллельно ему) через испытуемые образцы, связывающие между собой оба диска, подобно радиальным спицам. К|репление малого диска позволяет задавать ему те или нные смещения, относительно большого, в осевом и радиальном направлениях и создавать, тем самым, произвольные натяжения в испытуемых образцах. При этом осевое смещение, приводящее к одинаковым перемещениям всех испытуемых образцов, ответственно за среднюю или статическую деформацию; радиальное же смещение, приводящее к тому, что образцы, в зависимости от места их закрепления на окружности дисков, испытывают разные мгновенные значения напряжения, ответственно за динамическую составляющую деформа- ° ции.
Последняя, при вращении дисков с некоторой постоянной скоростью, изменяется во времени, приблизительно, синусондально. Непосредственно измеряемыми величинами являются: радиальное (у) и осевое (х) смещения малого диска (относительио положения соответствующего отсутствию деформаций у испытуемых образцов); радиальная (Р, ) и асевал (Р ) составляющие прилагаемой при этом к малому диску силы (Р); крутящий момент (М), прилагаемый к болыиому диску; задаваемая скорость вращения большого диска или соответствующая ей круговая частота. Вычисление оонсвных динамических характеристик, определяемых в соответствии с соотношениями (! — 2), может быть произведено на основе простых геометрических соображений, приводящих,.
в конечном счете, к следующим расчетным формулам . Ео ( 2К Г ()4) аль у г 4ч (и — мо) е0(п-г)' а. л,. у*(г* (ц-~)'! где: Ео — первоначальная длина испытуемых образцов, Ао — первоначальная плошадь их поперечного сечения, п =6 — число испытуемых образцов, Мо — нулевой момент соответствуюшнй вентиляционным потерям и потерям в подшипниках малого диска.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
