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

имеется двухосное симметричное растяжение. У зажимов образ­ ца уп = 0.

Нагрузка на образец оценивается только как общее усилие, действующее на сферу. Если же принять во внимание силы трения кожи по сфере, то без изучения и замера этих сил ко­ личественной характеристики напряжения в образце дать нельзя. Подобная картина получается и при испытании кожи шариком.

При испытании этими методами, так же как и при испыта­ нии на гидравлическом динамометре, достаточно точной меха­ нической характеристики материала получить нельзя. Эти ме­ тоды могут применяться только для сравнительной оценки исследуемых материалов.

Таким образом, из рассмотренных схем приборов и методов испытаний первой группы нельзя выбрать достаточно точных, так как в эту группу объединены приборы, создающие неодно­ родное растяжение. Но дать оценку некоторым методам необхо­ димо, потому что они являются единственными, используемыми для исследования материалов для верха обуви при деформа­ циях, отличных от одноосного растяжения стандартного об­ разца.

ПРИБОРЫ, СОЗДАЮЩИЕ ОДНОРОДНОЕ ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ

Достаточно большая зона однородного растяжения образ­ цов, испытуемых на приборах этой группы, позволит получить данные по напряжениям и удлинениям исследуемого образца.

Определенный интерес представляет схема, показанная на позиции И табл. 3 [54]. Исследуемый образец в форме квад­ рата растягивается за полоски, сделанные по краям материала. Средние полоски растягиваются с одинаковой силой, натяжение крайних регулируется так, чтобы квадрат превратился в прямо­ угольник. При таком способе нагружения наблюдается одно­ родное растяжение. В ■ зависимости от величины нагрузок на стороны образца можно получить любые виды растяжения, на­ чиная с одноосного и кончая двухосным симметричным. Это было проведено в М ТИЛП при испытании листовых материалов поляризационно-оптическими методами.

26

В М ТИ Л П разработан и используется прибор [55], работаю­ щий по подобному принципу (позиция 12, табл. 3). Квадратный образец материала со всех сторон закрепляют тонкими зажи­ мами, имеющими на концах ролики. Ролики опираются на четыре балки, которые могут перемещаться, и через зажимы растягивают материал. Ролики, смещаясь по балкам, снимают краевой эффект, который получал бы материал, если бы был зажат широкими зажимами. В целом с приводом и электро­ тензометрической схемой замера усилия прибор получился до­ вольно сложным. Удлинения материала замеряли по фотогра­ фиям, снимаемым в процессе нагружения.

Известен также способ растяжения круглого образца с по­ мощью восьми зажимов (позиция 13 табл. 3). Они передают усилие иа образец через блоки и тросики [56]. Навешивая на тросы различные грузы, можно получить любую степень двух­ осного растяжения.

Таким образом, иа указанных выше трех приборах можно получить любой вид растяжения. Следовательно, они относятся к приборам первой подгруппы. Причем при использовании та­ ких приборов зона однородного растяжения материала будет значительно больше, чем при использовании приборов первой группы. Одиако все они довольно сложны.

Во второй подгруппе приборов необходимо отметить прибор для растяжения узкого образца в виде двусторонней лопаточки (позиция 14 табл. 3). Этот метод использован и в наших ис­ следованиях для получения одноосного растяжения [44]. Для нагружения такого образца обычно используется динамометр РТ-250 [57—59].

С увеличением ширины образца возникает стесняющее уси­ лие, которое не позволяет материалу сокращаться в той мере, какая положена ему, исходя из значений коэффициента Пуас­ сона. Однако это усилие можно исключить на приборе, схема которого показана на позиции 15 табл. 3 [60]. Поворот кольце­ вого образца вокруг двух осей, которые одновременно растяги­ вают образец, снимает стесняющее усилие, которое возникало бы при использовании широких зажимов.

В работе Н . И . Деминой, Т. К- Зиловой, Я- Б. Фридмана исследуется влияние ширины образца на его деформацию [61]. Схема образца с выточкой (на котором проводилось исследо­ вание) показана на позиции 16 табл. 3.

При ширине выточки, равной 30 толщинам материала, и высоте ее, равной трем его толщинам, происходит стеснение пластической поперечной деформации. Участок, поперечное со­ кращение которого равно нулю, составляет 2/3 ширины образ­ ца. На этом участке наблюдается однородное двухосное напря­ женное состояние с отношением поперечного напряжения к продольному 1/2 (при ц = 0,5).

27

Для подобного растяжения резины Л . Трелоар [62] предла­ гает использовать образцы следующих размеров: ширина —

75мм, длина — 5 мм.

Вработе Г. А. Смирнова-Аляева [63] отмечается, что компо­ ненты деформаций в двух перпендикулярных направлениях при растяжении широкого образца листового материала не равны друг другу и напряженное состояние не будет соответствовать линейному (одноосному) растяжению. В зависимости от соот­ ношения длины и ширимы образца напряженное состояние его будет различным. Листовой материал рекомендуется растяги­ вать при резко затрудненной (практически запрещенной) де­ формации образца по ширине. В этом случае расстояние между зажимами разрывной машины не должно превышать ширины

образца, но должно быть в 15—20 раз больше толщины его. При растяжении ширина образца остается практически неиз­ менной, уменьшается только толщина материала.

его поперечного сокращения показывает, что такая деформация изучена недостаточно.

По указанным выше причинам (см. с. 21) такой вид де­

и требуется для нашего исследования. Кроме того, необходимо отметить, что такой вид деформации листовых материалов является совершенно определенным среди множества других, а именно: поперечное удлинение отсутствует, поэтому sj> 0 , а

Ео = 0.

В английской технической литературе этот вид определяется непереводным термином «constraint». Соответствующего терми­

назовем его стесненным растяжением. Этот термин показывает, что при таком растяжении материала существует стесняющее усилие в поперечном направлении, которое не позволяет об­ разцу сокращаться в этом направлении.

Принципиальная схема прибора для стесненного растяжения показана на позиции 17 табл. 3. Растягивающие усилия направ­ лены перпендикулярно широкой стороне образца, а параллель­ но этой стороне на нем закреплены тонкие стержни, которые перемещаются вместе с материалом при его нагружении и не дают ему сокращаться в этом направлении. Описание конструк­ ции этого прибора и метод расчета главных напряжений см. с. 33.

28

Г Л А В А III

ПРИБОРЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫБРАННЫХ ДЕФОРМИРОВАННЫХ СОСТОЯНИЙ, РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ О НАПРЯЖЕНИЯХ В ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛАХ, СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ УДЛИНЕНИЯ

ПРИБОРЫ ДЛЯ ОДНООСНОГО РАСТЯЖЕНИЯ

Растяжение образца с рабочей частью 10 X 50 мм и двусто­ ронними лопаточками в настоящее время является основным видом испытания механических свойств материалов для верха обуви [44]. При испытании такого образца до разрыва полу­ чают многие различные характеристики:

предел прочности при растяжении, 10 Н/мм2 (кгс/мм2); жесткость и условный модуль упругости при растяжении; удлинение при разрушении, %; удлинение при напряжении 10 Н/мм2 (1 кгс/мм2) и др.

Однако до сих пор нет единого мнения о целесообразности той или иной характеристики [69]. Надо отметить, что примене­ ние понятия «напряжение» для оценки обувных материалов искажает физический смысл процесса восприятия нагрузки этими материалами. В общем смысле понятие «напряжение» возникло в результате стремления ввести характеристики на­ грузки, которые не зависят от размеров деформируемого те­ ла [2]. Это справедливо для сплошных и гомогенных тел, так как, чтобы сравнить, например, прочность стержня диаметром 20 мм и прочность проволоки диаметром 1 мм, необходимо учитывать площади поперечных сечений, т. е. получить сравнительные дан­ ные, отнесенные к единице площади.

Кожи как листовые материалы не сильно отличаются по толщине, особенно в пределах одного вида. Поэтому восприятие ими нагрузки можно оценивать по удельной нагрузке на единицу длины, например на погонный сантиметр. Это удобно еще и потому, что при одноосном испытании ширина стандарт­ ной полоски равна 1 см.

Конга — волокнисто-сетчатый материал со сложным порис­ тым строением. Кроме того, по толщине структура кожи раз­ лична: средний — наиболее работоспособный слой, лицевой и дерма имеют разные свойства. Это в равной мере относится и к синтетическим кожам и к тканям, различное послойное строение которых выражено еще резче. Поэтому термин «на­ пряжение» для обувных материалов неприемлем. Материалы для верха обуви надо оценивать по интенсивности нагрузки на единицу длины.

30

Может быть необходимо ввести и некоторые округленные коэффициенты, учитывающие неравномерность по толщине кож одного вида, как предлагает это делать М. П. Куприянов [14].

М . Г. Любич отмечает, что разрывная нагрузка для кож малопригодна для 'оценки свойств, так как из-за колебаний тол­ щины как в целой коже, так и в партии кож сопоставление не­ возможно [70].

Для кож нельзя рассчитывать напряжение по общей на­ грузке, так как напряжение в пучках волокон будет всегда больше удельной нагрузки, благодаря этому они, как правило, переплетаются под некоторым углом, а не представляют собой параллельно вытянутые нити [18].

Такое расхождение во мнениях вызвано в основном тем, что кривая растяжения кожи не подчиняется закону Гука, а обычно имеет выпуклость в сторону оси удлинения. Поэтому сама кривая не может быть оценена одним параметром, будь то условный модуль упругости (нагрузка, требуемая для удли­

25 Н/мм2 и т. д.). Наиболее целесообразно применить те ха­ рактеристики, которые могут описать кривую растяжения в координатах «удлинение — нагрузка». Зная эти характеристики и.толщину образца, нетрудно получить и остальные показатели. Степенное уравнение для описания таких кривых предложено Бахом и разбираются во многих работах [2, 64, 71]. Для подо­ швенных кож эта характеристика впервые предложена

К. М. Платуновым, И. X. Бахтиаровым [72], для обувных тканей В. А. Скатертным, Ю . П. Зыбиным [13], где показано, что кривые растяжения обувных тканей при одноосном испытании на 75% от нагрузки при разрушении наиболее точно отобража­ ются степенной зависимостью

чале диаграммы и ее определить довольно трудно, поэтому для

31