Особенности физико-механических свойств резины как конструкционного материала (часть 3)
В практических условиях, когда динамическая деформация деталей носит эпизодический характер и некоторые колебания упругих параметров деталей существенно не влияют на работу машины, различие в статических и динамических свойствах резины могут не приниматься во внимание. В таких условиях работают эпизодически нагружаемые резиновые упоры, буфера, ограничители хода и т. д. Различие между статическими и динамическими характеристиками резиновых деталей можно не принимать во внимание также и при расчетах амортизаторов машин, работающих в далеко зарезонансном режиме, а также амортизаторов, осуществляющих виброизоляцию машин и приборов от эпизодических толчков и ударов.
В тех же случаях, когда резиновые детали являются основными упругими связями системы, главным образом определяющими ее колебательный режим, с различием статических и динамических характеристик резины нельзя не считаться. Расчет упругих параметров резиновых деталей в этих случаях необходимо вести применительно к тем условиям их деформации, которые будут иметь место при работе машины. Такие особенности работы резиновых деталей наблюдаются прежде всего в резонансных машинах, таких, как грохоты, конвейеры, питатели, ударники и т. д., т. е. в машинах, в которых некоторые изменения упругих характеристик резиновых деталей при динамическом режиме их деформации могут вызвать выход системы из расчетного колебательного режима.
Рассмотренные явления релаксации и ползучести, сопровождающие деформацию резины, обычно объединяют под общим названием «упругих несовершенств» материала. К числу этих несовершенств относят также упругий гистерезис или внутреннее трение в материале, проявляющиеся в том, что зависимость усилие — деформация не является однозначной функцией и различна для нагружения и разгрузки деталей. Образующиеся на графике усилие — деформация замкнутые петли между кривыми нагрузки и разгрузки характеризуют количество энергии, рассеиваемое в необратимой форме в течение каждого цикла деформации.
В основе внутреннего трения как физического явления, сопровождающего деформацию резины, лежат те же особенности ее высокоэластической деформации, которые лежат и в основе релаксации и ползучести. Многочисленными исследованиями установлено, что все материалы, обладающие релаксационными свойствами, проявляют и свойства внутреннего трения.
Для оценки величины внутреннего трения материала необходимо сравнить работу, затрачиваемую на нагружение материала, с работой, возвращаемой при его разгрузке. Если нагрузка материала происходит по одной кривой – 1, а разгрузка — по другой – 2, то площади, располагающиеся под этими кривыми, будут пропорциональны соответственно энергии, затраченной на деформацию, и энергии, возвращенной при снятии деформирующей силы. Площадь, заключенная между кривыми 1 и 2, называемая площадью петли гистерезиса, будет, очевидно, пропорциональна энергии, необратимо рассеянной в виде тепла за время деформации.
Основной количественной мерой внутреннего трения является отношение необратимо поглощенной телом за один цикл деформации энергии AW к потенциальной энергии тела W, отвечающей амплитуде деформации за этот же цикл.
Продолжение …