Определение параметров вязкоупругости металлов и композитов из резонансных и квазирезонансных опытов

• Автор: Подкопаев, Александр Серафимович
• Шифр специальности: 01.02.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Куйбышев
• Количество страниц: 124 c. : ил

5. Температурно-частотная зависимость упругих и диссипативных свойств слоистых композитов

5Л. Упругие и диссипативные свойства полимерной матрицы

5.2. Эффективные упругие модули и потери энергии

в слоистом вязкоупругом композите

5.3. Потери энергии в стареющих материалах

Заключение

Список использованных источников и литературы . . . ГО2

Приложение I. Камера для измерения потерь энергии

при колебаниях и модулей упругости при отрицательных температурах

Приложение 2. Установка и методика получения образцов свинца

Приложение 3. Разрушение слоистых пленочных композитов

ГЛАВА I. ВВЕДЕНИЕ
Динамические методы испытания материалов нашли широкое применение в исследованиях механических свойств твердых тел [37,69,84]. Среди этих методов ведущее место занимают исследования диссипативных или тесно связанных с ними характеристик [19,54,79,87]. Такими характеристиками являются величины угла сдвига фаз между напряжением и деформацией, динамического модуля и податливости, резонансной амплитуды колебаний и т.д. Задачей экспериментальной механики деформируемого твердого тела является получение из этих данных параметров вязкоупругости испытуемых материалов.
Настоящая работа посвящена экспериментальному исследованию температурно-частотных зависимостей диссипативных и упругих свойств, а также определению параметров вязкоупругости в металлах (свинец, железо), в полимере (эпоксидная смола) и композите на его основе (стеклопластик) методами резонансных и квазирезонансных колебаний.
В основе динамических методов исследования механических свойств твердых тел лежит теория вязкоупругости, современное состояние которой отражено в монографиях [18,27,70,72,73] . Реологические свойства среды с единственным временем релаксации были детально исследованы А.Ю.Ишлинским [20] и К.Зинером [81]. Вопросы поведения материалов и конструкций из вязкоупругих материалов при гармонических нагрузках рассматриваются в монографиях В.В.Москвитина [50] и А.И.Малмейстера, В.П.Тамужа, Г.А.Тетерса [38]. Для решения задач колебаний вязкоупругих систем был успешно применен метод усреднений [17]
В случае малых относительных амплитуд деформаций (в данной работе менее ГО-2*), когда измеряются диссипативные и упру-

гие свойства при колебаниях, даже для металлов применит теория линейной вязкоупругости [*72,95] .
При решении статических и динамических задач линейной вязкоупругости широкое применение нашли слабосингулярные функции в качестве ядер интегральных уравнений [38,Юз] . В ряде
работ эти функции применялись при обработке экспериментальных данных по исследованию неупругости при колебаниях в полимерах, стеклах и металлах [5б,68,8£] . Простейшими ядрами, обладающими интегрируемой особенностью, являются степенные функции Дюффинга и Абеля. Ядро А.Р.Ржаницына [73] , затабулированное в работе М.А. Колтунова [23] , более общее и в то же время достаточно простое слабосингулярное ядро. Ю.Н.Работнов построил класс дробно-экспоненциальных или 9 -функций [71] , кото-рые_ , с одной стороны, достаточно точно описывают большое число экспериментальных данных, получаемых при статических и динамических испытаниях материалов, а с другой являются удобными для решения различных задач.
Основной вклад в развитие применения Э -функций к решению динамических задач вязкоупругости был сделан М.И.Розовским,
; С.И.Мешковым и их последователями [28,42,43,46,74,75,101]
Эти работы позволили установить границы применимости слабосингулярных функций при решении динамических задач.
Следует отметить интересную закономерность, установленную авторами работы [46] при анализе решения уравнения вынужденных колебаний линейного наследственно-упругого осциллятора с дробно-экспоненциальной функцией
X +G)UX- (cot-со*)* (I.I)

модели стандартного линейного тела. В этом случае для полуширины пика тангенса угла механических потерь д/'Т’ , построенного в зависимости от обратной температуры, справедливо соотношение [52 ]
&(г~%г = 2,635 Р/и . Сз.20)
Для любого вязкоупругого тела, кроме стандартного линейного тела, полуширина пика ^§ больше, чем определяемая соотношением (3.20). Выраженное в процентах значение, на которое левая часть уравнения (3.20) превышает правую, и используют как меру отклонения поведения рассматриваемого твердого тела от поведения стандартного линейного тела. Вычисленная таким образом величина уширения пика для исследуемого образца
оказалась равной 30%.
Сравнительно низкое значение [ , соответствующее рассматриваемому релаксационному процессу, может быть объяснено на основе выводов работы [85] , авторы которой показали, что существуют две причины неоднородности распределения примесных атомов внедрения, приводящие к существенному изменению величины частотной зависимости дефекта упругого модуля ОЦК-металла по сравнению со случаем, когда атомы примеси распределены равномерно. Это, во-первых, эффекты взаимодействия примесных атомов, в результате чего образуются упругие домены, в пределах которых наблюдается преимущественная ориентация упругих диполей. Во-вторых, это дефекты структуры - границы зерен и блоков, дислокации, ми!фопоры, которые приводят к появлению в материале неоднородного поля внутренних напряжений.
Перед проведением квазирезонансных измерений в точках перегибов графиков Е'г=Е(г^) (рис.3.2) были определены два значе-