Способ определения изменений физико-механических характеристик материалов Советский патент 1981 года по МПК G01N3/18 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области механических испытаний материалов и может быть использовано при исследовании физико-механических характеристик композиционных материалов на основе термореактивных полимеров.

Известны способы определения изменений физико-механических характеристик материалов, в которыхнагрузку на образец поддерживают постоянной при постепенном повышении температуры, измеряют деформацию в конце каждого периода действия нагрузки и соответствующую температуру образца в этот момент }.

Известен также способ определения изменений физико-механических характеристик металлов, принятый за прототип, включающий воздействие постоянно нагрузки на образец в ка)сдом цикле испытаний и нагрев образца, причем ЦИК.ЛЫ различают величиной нагрузки на образец 2.

При проведении расчетов конструкций из композиционных материалов на основе термореактивных полимеров на прочность и деформируемость необходимо знать предельную величину характеристик упругости и время, необходимое для ее реализации. Под характеристиками упругости материа.па понимается диаграмма мгновенного нагружения материала и определяемый из нее модуль упругости.

При проведении испытаний по известному вышеуказанному способу невозможно определить эти величины.

Целью изобретения является определение предельной величины характерис10тик упругости и времени, необходимого для ее реализации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения физико-механических характеристик материалов,

15 путем циклического нагрева, нагружения образца и измерения величины деформации, в каждом цикле образец нагревают до температуры выше температуры начала термодеструкции, а наг20ружение производят при этой температуре, определяют из полученных данных зависимость деформации образца от нагрузки для разных времен выдержки, по которым судят о предельной

25 величине до совпадения названных зависимостей в двух последующих циклах, по которой судят о предельной величине характеристик упругости и о времени, необходимом для ее реали30зации. Способ поясняется примерами.

Пример 1. Проводилось снятие диаграмм мгновенного нагружения стеклотекстолита с.наполнителем из стеклоткани и фенольно- формальдегидным связующим при температуре . Температура начала термодеструкции для фенольно-формальдегидных смол 200-250С.

Испытания проводились в инертной среде. Образец нагревался до температуры 400с со скоростью нагрева ЬО-/0 град/мин и затем нагружался рас тягивающей нагрузкой со скоростью нагружения не менее 100 кг/см сек.Большие скорости нагружения необходимы дл исключения деформаций ползучести.Испытания проводились на образцах толщино 2 мм с целью устранения больших перепадов температуры на толщине образца при больших скоростях нагрева.

Испытание проводилось на разрывной машине, диаграмма записывалась на двухкоординатном самопишущем приборе. Испытание повторяли не менее 5 раз, на разных образцах, данные осредняли. В результате получали кривую 1 .(см. чертеж) .

На чертеже изображены графики изменения относительного удлинения от нагрузки для разных времен выдержки.

В следующем цикле испытаний температура была та же, а выдержка 2 мин, после чего производили нагружение. Данные осредняли, по ним построена диаграмма 2. Аналогично проводили циклы испытаний для 5 мин выдержки - 41иаграмма 3, 15 мин вьщержки - диаграмма 4, 30 мин выдержки Как видно из данной таблицы, модуль упругости стеклотекстолита при температуре 400 С сильно зависит от времени выдержки и при времени выдержки 45 мин принимает свое предель ное значение 1Г 10 кгс/см. Использование предлагаемого спосо ба определения изменений физико-механических характеристик композиционных материалов на основе термореак тивных полимеров обеспечивает возмож ность определения предельной величины характеристик упругости и времени необходимого для ее реализации, и тем самым повышает точность расчетов конструкций из данных материало на прочность и деформируемость. Формула изобретения Способ определения изменений физико-механических характеристик мадиаграмма 5, 45 мин выдержки - диаграмма 6, 60 мин выдержки - диаграмма 6 .

Совпадение диаграммы мгновенного нагружения при 45 мин выдержки и 60 мин выдержки свидетельствует о том, что диаграмма 6 является предельной характеристикой упругости стеклотекстолита при температуре 400 За время выдержки, необходимое для реализации этой предельной диаграм-г мы можно взять 45 мин. Для более точного определения этого времени необходимо уменьшить шаг между циклами по временам выдержки.

Диаграммами мгновенного погружения пользуются в нелинейной теории наследственной среды для определения коэффициентов в уравнениях связывающих напряжения и деформации.

В расчетах на прочность конструкций из композиционных материалов на основе термореактивных полимеров обычно исполЗЗуют модуль упругости Eoi определяемый из диаграммы мгновенного нагружения, как секущий модуль to-o(( см. чертеж) при деформации 0,2% по формуле

0,00 CL

где 7 зпряжение, соответствующее относительной деформации

0,2%.

По диаграммам фиг. 1 определены модули упругости в зависимости от времени выдержки. Данные сведены в таблицу. териалов, путем циклического нагрева, нагружения образца и измерения величины деформации, о тличающийс я тем, что, с целью определения предельной величины характеристик упругости и времени для ее реализации, в каждом цикле образец нагревают до температуры выше температуры термодеструкции, нагружают образеци определяют из полученных данных зависимости деформации от наТрузки для разных времен выдержки,по которым судят о .предельной величине характеристик упругости и времени ее реализации. Источники информации, принятые во внимаь ие при экспертизе 1.Лебедев A.M. Машины и приборы для испытания полимеров.М., Машиностроение, 1967, с. 41. 2.Авторское свидетельство СССР № 178547, кл. G 01 L 17/08, 1957 (прототип).