Развитие теоретических основ и разработка методов определения вязкоупругости материалов легкой промышленности в квазистатическом и динамическом резонансном режимах

• Автор: Белокуров, Владислав Николаевич
• Шифр специальности: 05.19.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 281 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. Анализ существующих методов измерения деформационных показателей полимерных материалов.

1.1. Статические и динамические методы испытаний материалов

1.2. Математическая модель одномерного гармонического осциллятора

1.3. Теория колебаний.

1.4. Методы обработки экспериментальных данных

1.5. Выводы по главе 1.

Глава 2. Деформационные свойства кож в статическом режиме воздействия.

2.1. Эмпирическое описание деформации сжатия кож

2.2. Деформационные свойства кож при их сжатии в статическом режиме

2.3. Определение модуля жсткости кож при их сжатии в статическом режиме
2.4. Оценка степени однородности деформационных свойств кож
2.5. Исследование деформационных свойств кож методом статического сжатия.
2.6. Возможности применения разработанного метода
2.7. Выводы по главе 2.
Глава 3. Исследование жсткости кож в динамическом режиме сжатия
3.1. Исследование жсткости кож в динамическом режиме с помощью вибродатчика.
3.1.1. Конструкция вибродатчика
3.1.2. Установка для определения количественных характеристик динамического сжатия
3.1.3. Работа устройства в динамическом режиме
3.1.4. Определение угла динамической резонансной жсткости
3.1.5. Практическое применение результатов исследования.
3.2. Анализ баланса мощности электрической энергии, потребляемой и
расходуемой силовой катушкой вибродатчика.
3.2.1. Измерение мощности силовой катушки вибродатчика методом
трх вольтметров.
3.2.2. Баланс мощности электрической энергии в силовой катушке вибродатчика при неподвижном штоке.
3.2.3. Анализ баланса мощности вибродатчика, при вынужденных колебаниях подвижного штока.
3.3. Определение динамической резонансной жсткости кож
3.3.1. Сопоставление амплитудночастотных характеристик, полученных различными способами
3.3.2. Анализ амплитудночастотной характеристики подвижного штока вибродатчика, нагруженного на исследуемую кожу
3.3.3. Способы определения максимальной величины силы сжатия кож.
3.3.4. Расчт динамического резонансного модуля жсткости кож
3.4. Практическое применение разработанного метода.
3.5. Выводы по главе 3.
Глава 4. Исследование деформации изгиба кож в статическом и динамическом резонансном режимах
4.1. Постановка задачи.
4.2. Статические испытания консольно закреплнных образцов кож при
деформации изгиба.
4.2.1. Устройство для исследования статической деформации изгиба кож
4.2.2. Определение статической деформации изгиба кож
4.2.3. Модуль и величина жсткости при деформации изгиба кож
4.3. Динамические резонансные испытания консольно закреплнных образцов кож при деформации изгиба
4.3.1. Устройство для проведения исследований динамической резонансной деформации изгиба кож.
4.3.2. Механическая добротность кож.
4.3.3. Модуль динамической резонансной жсткости и механических потерь консольно закреплнных образцов кож
4.4. Динамические резонансные испытания образцов кож, сврнутых в виде кольца.
4.4.1. Устройство для определения динамической жсткости образцов кож, сврнутых в виде кольца
4.4.2. Результаты исследования динамической жсткости образцов кож, сврнутых в виде кольца.
4.5. Выводы по главе
Глава 5. Теоретические основы определения вязкоупругости материалов
легкой промышленности.
5.1. Рациональный выбор модели колеблющегося вязкоупругого материала.
5.1.1. Уравнение движения колеблющейся части образца вязкоупругого материала.
5.1.2. Зависимость амплитуды деформации от частоты силового воздействия.
5.1.3. Зависимость механического сопротивления исследуемого материала от частоты силового воздействия
5.1.4. Зависимость амплитуды деформации от частоты силового воздействия и добротность материала.
5.1.5. Энергетические соотношения в процессе деформации вязкоупругих материалов в динамическом режиме
5.1.6. Комплексное сопротивление исследуемого материала
5.1.7. Аналогия дифференциальных уравнений.
5.1.8. Время релаксации напряжения.
5.1.9. Модуль упругости и модуль потерь
5.1 Метод определения величины распределенной массы колеблющейся части вязкоупругого материала
5.2. Выводы по главе 5.
Глава 6. Исследование деформационных показателей материалов и изделий с помощью разработанной теории.
6.1.1. Метод определения изгибной жесткости обуви
6.1.2. Метод определения деформационных показателей меха.
6.1.3. Изучение жесткости ткани в зависимости от направления нитей основы.
6.1.4. Метод определения деформационных свойств вспененных материалов для изготовления ортопедических стелек.
6.2. Разработка приборов и устройств.
6.2.1. Устройство и методика определения физикомеханических свойств кожи и других вязкоупругих материалов
6.2.2. Прибор Измеритель жесткости.
6.2.3. Устройство и методика измерения относительного удлинения материала ткани
6.3. Выводы по главе 6.
Основные выводы по работе
Заключение.
Список литературы


Весьма важным основанием для решения задач, поставленных в настоящей диссертационной работе, являются следующие положения, приведенные в указанных работах. Натуральные кожи являются материалом с волокнистосетчатой структурой, и потому различные виды ее деформации не могут сопоставляться с деформациями высокомолекулярных материалов, например, таких как поливинилхлорид. Анализ форм и расположений трещин при разрушении образцов кожи в процессе их растяжения приводит к выводу, что лицевой слой натуральной кожи, структурно более упорядочен в сравнении со слоем дермы, разрушение которой имеет бессистемный характер. В приведена схема строения шкуры животных с указанием образующих ее слоев эпидермиса, дермы, подкожной прослойки жировой ткани, базальтовой мембраны лица кожи, сосочкового слоя и пучков коллагеновых волокон. При выполнении технологических операций по выделке шкур, эти слои претерпевают значительные изменения, но для исследований, выполненных в настоящей диссертационной работе, весьма важен характер деления кожи на поверхностный слой, образующий лицо кожи и на нижележащий слой коллагеновых волокон. В процессе сжатия натуральных кож, естественно предположить, что малые деформации преимущественно затрагивают лицевой слой кожи и в этом случае следует ожидать обратимый характер таких деформаций. Так как проведение границы между обратимыми и необратимыми деформациями кож четко провести затруднительно, то модули исследуемых в настоящей диссертационной работе деформаций называются модулями жесткости. Рис. В , приведено описание способа динамического испытания полукож на сжатие с помощью устройства, принцип действия которого основан на воздействии на лицевую поверхность исследуемой кожи колеблющегося элемента, схема которого приведена на рис. Результаты проведенных испытаний показали, что область чепрачной части полукожи, которая является наиболее качественной и однородной по механическим свойствам частью целой кожи и представляет собой наиболее ценную часть для практического применения, характеризуется более высокими показателями жесткости при сжатии в отличии от показателей, полученных в области полы и воротка. Кроме того, здесь же указано, что при использовании описанного метода, можно осуществлять контроль качества и изменения деформационных свойств шкуры животного, происходящих в процессе ее переработки в кожу. По этой причине исследования в этой области были прекращены и материалы опубликованных работ , в настоящую диссертацию не включены. Переходя к рассмотрению работ, посвященных изгибным деформациям кож в статическом режиме, предварительно рассмотрим приведенные в формулы, которыми описывают деформация изгиба консольно закрепленных балок. На рис. Р стремящаяся согнуть балку. Здесь длина балки, к толщина, Ь ширина. Рис. Изображение консольной балки с силой Р на свободном конце
Рис. Отрицательный знак в формуле 1. Р. Схема такого устройства представлена на рис. В качестве иллюстрации применения этих формул, приводится пример результатов испытания образцов стелечной кожи. При этом, к свободному концу образца стелечной кожи длиной 1,1 см, толщиной И 0, см, шириной Ъ 1,5 см, была приложена сила Р 0,5 кг. В этом случае стрела прогиба оказалась равной 0,7 см. При обработке экспериментальна данных был получен модуль упругости при изгибе равный Е кГсм2, 0,0
см , жесткость О 7, кГсм . Следует обратить внимание, что величина модуля упругости при статиче
ском изгибе образца, указанных размеров, составила Е кГсм 0 МПа. По описанной в методике определения изгиба консольно закрепленного образца под действием собственного веса, для кожи хромовый опоек, было получено значение модуля упругости при статическом изгибе, что составило Е 7,кГсм2 ,5 МПа. В первом и втором случае полученные модули упругости имеют достаточно большие значения, что приводит к сомнению в объективности проведенных измерений, как для сравнительно мягкой кожи хромовый опоек, так и для стелечной кожи. Измерения, которое проводили на устройстве, схема которого изображена на рис.