Файл: Зыбин А.Ю. Двухосное растяжение материалов для верха обуви.pdf

форму и, следовательно, тем меньше максимальное значение угла а.

Такой подробный анализ касательных напряжений в про­ цессе изменения формы окружности необходим потому, что роль их при испытаниях, технологической обработке материалов для верха обуви и в процессе эксплуатации обуви должна быть особенно значительной.

Кожа и ткани имеют волокнисто-сетчатое строение, а их де­ формация происходит в большей степени за счет ориентации волокон [17, 18].

При силовом воздействии элементы структуры таких мате­ риалов должны по-разному воспринимать влияние составляю­ щих напряжений. Нормальные составляющие удлиняют элементы вплоть до разрушения, касательные составляющие ориентируют, т. е. поворачивают их с уменьшением угла между направлениями элемента и приложения нагрузки.

Очевидно, удлинение волокон и их ориентация в сумме дадут полное удлинение образца. В свою очередь, ориентация волокон, т. е. изменение углов между ними в сторону уменьше­ ния к направлению растяжения, происходит только под влия­ нием касательных напряжений. Поэтому для испытания мате­ риалов для верха обуви при различных видах растяжения не­ обходимо использовать уже существующие или разработать но­ вые приборы, которые могут создать в материалах несколько определенных напряженных состояний разной степени двухосности. Один из приборов должен снять влияние касательных на­ пряжений на ориентацию волокон в плоскости материала, что можно сделать при двухосном симметричном растяжении, при котором касательные напряжения равны нулю. Для сравнитель­ ных испытаний надо использовать одноосное растяжение стан­ дартной полоски материала.

Желательно также получить и еще один вид растяжения, промежуточный между одноосным и двухосным симметричным (о выборе его см. с. 27—28).

Испытания обувных материалов при растяжении с различ­ ной степенью двухосности позволят дать объективную оценку механических свойств их в зависимости от вида растяжения.

Для получения достаточно точных показателей механиче­ ских свойств приборы должны обладать способностью создавать строго определенный вид растяжения с заданной степенью двухосности, а зона деформации исследуемого материала должна быть однородной, что определяется следующими усло­ виями [19]:

прямые линии, отмеченные на образце, должны оставаться прямыми; параллельные — параллельными; отрезки прямых в одинаковом направлении должны увеличиваться пропорцио­ нально своей длине.

21

Размеры зоны деформации должны быть достаточно большими для уменьшения влияния краевых эффектов от зажимов, размещения приборов для замера удлинений, толщины и т. д.

Г Л А В А II

ОБЗОР МЕТОДОВ И ПРИБОРОВ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЯ И ПРИБОРОВ

ПО ОДНОРОДНОСТИ ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

И ПО ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ОПРЕДЕЛЕННЫХ

ВИДОВ РАСТЯЖЕНИЯ

Существует много методов испытания листовых материалов (металлических и неметаллических) путем их одноосного рас­ тяжения или растяжения образцов с той или иной степенью двухосности. Каждый из методов может быть использован в промышленности для оценки качества материалов или в лабо­ раторных условиях для изучения свойств образцов.

Рассматривая методы испытаний и схемы приборов с точки зрения получаемого на них деформированного состояния образ­ ца, их можно разделить на две группы (табл. 3).

К первой группе следует отнести те приборы, на которых материал деформируется неоднородно; ко второй — приборы, на которых материал деформируется однородно.

Каждую из этих групп приборов можно разбить на две под­ группы в зависимости от того, какие деформированные состоя­ ния можно на них получать: первая подгруппа — все виды растяжения, начиная от одноосного и кончая двухосным сим­ метричным; вторая подгруппа — только один вид растяжения определенной степени двухосности.

ПРИБОРЫ, СОЗДАЮЩИЕ НЕОДНОРОДНОЕ

ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ

Наиболее просто создать любой вид растяжения можно на крестообразном образце (позиция 1 табл. 3), нагружаемом с двух сторон в двух перпендикулярных направлениях [20]. Однако зона однородного растяжения у образца, деформируе­ мого таким способом, из-за влияния краевых эффектов неве­ лика и расположена только в его центре. Поэтому приходится увеличивать стороны крестообразного образца до сторон квад­ рата, у которого для облегчения заправки и зажима несколько срезаны углы. Такой образец растягивается широкими зажи­ мами (позиция 2 табл. 3). '

22

Таблица 3

Классификация приборов и методов для испытания листовых материалов при различных віідах двухосного растяжения в зависимости

от деформированного состояния

На этом принципе основана работа большого числа ориги­ нальных приборов. Задавая различные перемещения соответ­ ствующим парам зажимов, можно получить любой вид растя­ жения, поэтому такие приборы относятся к приборам первой группы.

В Центральном научно-исследовательском институте коже­ венно-обувной промышленности (Ц Н И И КП ) и в Московском технологическом институте легкой промышленности (МТИЛП) для перемещения зажимов применяют пару двухходовых вин­ тов [21]. Такой же принцип нагружения используется в приборе для циклических испытаний тканей [22].

Если ларе широких зажимов прибора задавать определен­ ные перемещения, то его следует отнести к приборам второй

подгруппы.

В одном из таких приборов используется пара двухблочных передач (позиция 3 табл. 3). В зависимости от соотношения диаметров блоков стороны образца получают определенные

23

перемещения [23]. В другом приборе используются две клино­ вые пары (позиция 4 табл. 3). Для перемещения на соответ­ ствующее расстояние необходимо также подбирать угол накло­ на клиновых пар [24]. Для двухосного симметричного растяже­ ния используется механизм типа четырехкулачкового токарного патрона (позиция 5 табл. 3). При повороте спирали кулачки, на которых размещены широкие зажимы, получают одинаковые перемещения, создавая двухосное симметричное, но неоднород­ ное по площади образца растяжение [25]. Для динамических испытаний квадратного образца ткани применяют специальный прибор [26, 27] с рычажно-торсионными системами нагружения. Для закрепления на растягивающих стержнях квадратный об­ разец застрачивается по краям.

Все эти системы растяжения листовых материалов создают

вобразце плоское деформированное состояние. Они обладают одним недостатком: зона однородного растяжения будет только

вцентральной части образца, по краям его степень двухосности икая, поэтому такие системы нами не использовались.

Кпервой группе отнесены и приборы, на которых образцы, получая при нагружении пространственную форму, имеют так­ же неоднородное растяжение в зависимости от рассматривае­ мого участка. Эти приборы широко применяются при исследо­ ваниях металлов и их сплавов, пленок, тканей, трикотажа, бумаги, кожи и т. д.

Часто используются различные варианты способа осевого растяжения трубы [2, 28, 29], находящейся под внутренним давлением (позиция 6 табл. 3).

Взависимости от соотношения осевого растягивающего уси­ лия и давления, создаваемого внутри трубы, можно задать об­ разцу практически любое деформированное состояние, поэтому такой метод относится к первой подгруппе, но он не пригоден для обувных материалов, так как они воздухопроницаемы.

Вторая подгруппа приборов этой группы объединяет те, в которых дисковые образцы, защемленные по контуру [30—32], деформируются под давлением жидкости или газа (позиция 7 табл. 3). Исследуемый материал и зажимы могут быть выпол­ нены в виде эллипса [33]. При нагружении образец получает форму эллипсоидного сегмента, в центральной части которого возникает двухосное напряженное состояние.

Для испытания воздухопроницаемых материалов (кожи и тканей) между образцом и рабочим телом (жидкостью или газом) помещают резиновую диафрагму (позиция 8 табл. 3).

Резиновая диафрагма под давлением деформируется и вместе с исследуемым образцом получает сферическую форму [34—39]. Несмотря на то что такие приборы используются для исследо­ вания кожи и в некоторой степени имитируют процесс формова­ ния заготовки обуви, можно отметить следующие их недостатки:

24

а) ' напряжения, возникающие в материале, рассчитываются по формулам для тонкостенных сферических сосудов, находя­ щихся под давлением. Это справедливо лишь для небольшой области полюса сегмента, так как материал защемлен по краям

б) можно считать, что деформация узкой полосы, нанесен­ ной на материал по диаметру дискового образца, будет выглядеть так, как показано на рис. 5. В центре образца, в зоне

тельно, весь образец будет иметь сложную деформацию. Однако удлинение материала на таких приборах рассчитывается по высоте сферического сегмента как разность длины дуги и дли­ ны хорды.

Здесь, как и при расчете напряжения, опять выступает не­ соответствие между неоднородной деформацией материала и тем, как она оценивается, так как удлинение исследуемого об­ разца надо замерять в полюсе, где действительно возникает двухосное симметричное растяжение, т. е. в пределах зоны, равной 0,1 диаметра образца. Учитывая два этих недостатка, можно сделать вывод, что получить достаточно точную ха­ рактеристику материала на таком приборе не удастся.

Следующая группа приборов применяется как для исследо­ вания механических свойств колеи, так и других конструкцион­ ных материалов (позиции 9, 10 табл. 3). Это испытание шари­ ком [6, 40—49] или сферическим пуансоном [50—53].

Сфера может быть изготовлена из, дерева, имитируя ко­ лодку, или из любого требуемого материала. В работе В. А. Ульяницкого и К. М . Платунова [50] исследуется пространствен­

25