Кинетические характеристики полимеров с трещинами при механических и тепловых нагрузках


DOI: 10.34759/tpt-2021-13-5-206-219

Авторы

Карташов Э. М.1, 2*, Тишаева И. Р.3, Соломонова Е. В.3

1. МИРЭА — Российский технологический университет, проспект Вернадского, 78, Москва, 119454, Россия
2. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
3. МИРЭА, пр. Вернадского, 86, Москва, 119571

*e-mail: professor.kartashov@qmail.com

Аннотация

Представлены теоретические соотношения важных кинетических характеристик для хрупких полимеров с трещинами при механических и тепловых воздействиях, лежащие в основе исследования термокинетики процесса разрушения полимеров в терминах теории временной зависимости прочности‒долговечности. Рассмотрены трещины прямолинейные (внутренние и поверхностные) в образцах типа пластины и внутренние круговые (дискоообразные) в полимерных волокнах. Рассмотрены последовательно два режима испытаний: постоянное напряжение растяжения, постоянная абсолютная температура, неменяющаяся структура, инактивная среда, а также более сложный режим чисто теплового нагружения (случай, наименее разработанный в теории разрушения). Приведены расчетные соотношения ряда предельных характеристик и параметров процесса разрушения: безопасное и критическое напряжение; начальная длина микротрещины и ее относительная критическая длина; безопасное и критическое напряжение; локальное напряжение в вершине трещины (во флуктуационном объеме); величина свободной поверхностной энергии. Приведенные соотношения являются основой для развития теории временной зависимости прочности—долговечности. Сформулированы перспективы для дальнейшего развития соответствующих теорий с учетом релаксационных процессов в полимерах, а также их химического строения и надмолекулярной организации.

Ключевые слова:

хрупкие полимеры; трещины разрушения; кинетические характеристики прочности; долговечность

Библиографический список

  1. Аскадский А.А., Хохлов А.Р. Введение в физико-химию полимеров. М.: Научный мир, 2009. 380 с.

  2. Карташов Э.М. Современные представления кинетической термофлуктуационной теории прочности полимеров. Итоги науки и техники. Серия химия и технология

  3. высокомолекулярных соединений. М.: ВИНИТИ, 1991. Т. 27. С. 3‒111.

  4. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974. 560 с.

  5. Бартенев Г.М. Прочность и механизмы разрушения полимеров. М.: Химия, 1984. 280 с.

  6. Валишин А.А., Карташов Э.М. Энергетические эффекты в кинетике разрушения твердых тел // Известия АН. Серия Энергетика. 2006. № 4. С. 150‒160.

  7. Гуль В.Е., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров. М.:Высшая школа, 1976. 352 с.

  8. Irwin G.R. Analysis of stresses and strains near the and of a crack traversinq a plate // Appl. Mech. 1957. V. 24. N 3. P. 361‒364.

  9. Панасюк В.В., Саврук М.П., Дацишин А.П. Распределение напряжений около трещин в пластинах и оболочках. Киев: Наукова Думка, 1976. 446 с.

  10. Си. О сингулярном характере температурных напряжений у вершины трещины // Прикладная механика (переводной). 162. Т. 29. № 3. С. 157‒159.

  11. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М.: Наука, 1966. 708 с.

  12. Карташов Э.М., Кудинов В.А. Аналитическая теория теплопроводности и прикладной термоупругости. М.: URSS, 2012. 655 с.

  13. Си, Парис, Эрдоган. Коэффициенты концентрации напряжений у вершины трещины при плоском растяжении и изгибе пластин // Прикладная механика (перевод Трудов Американского общества инженеров-механиков). 1962. Т29-Е. № 2. С. 101‒108.

  14. Саврук М.П. Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами. Механика разрушения. Т. 2. Киев: Наукова Думка, 1988. 620 с.

  15. Бартенев Г.М. Состояние и перспективы развития физической теории хрупкой прочности полимеров // Механика полимеров. 1966. № 5. С. 700‒721.

  16. Карташов Э.М. Энергетическая проблема Гриффита для хрупких полимеров // Инженерно-физический журнал. 2007. Т. 80. № 1. С. 156‒165.

  17. Финкель В.М. Физические основы торможения разрушения. М.: Металлургия, 1977. 360 с.

  18. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. М.: Высшая школа, 2001. 540 с.

  19. Карташов Э.М., Кудинов В.А. Аналитические методы теории теплопроводности и ее приложений. М.: URSS, 2017. 1080 с.

  20. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Релаксационные явления в полимерах. Л.: Химия, 1972. 376 с.

  21. Карташов Э.М. Модельные представления теплового удара в динамической термоупругости // Российский технологический журнал. 2020. Т. 8. № 2. С. 85‒108.

  22. Карташов Э.М. Оригиналы операционных изображений для обобщенных задач нестационарной теплопроводности // Тонкие химические технологии. 2019. Т. 14. № 4. С. 77‒86.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024