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断裂力学的橡胶疲劳性能
栏目:企业新闻 发布时间:2020-07-12

从宏观上看,聚合物弹性材料可以被认为是均匀的,但其内部必然存在不同形状和尺寸的缺陷,如杂质、气泡和弱键。当整个材料受到应力时,缺陷末端材料的局部应力可能增加到平均应力的许多倍。严格地说,橡胶疲劳破坏是力学和化学的综合过程。在橡胶的往复变形下,材料中的应力松弛不能在变形循环中完成。因此,内应力不能均匀分散,可能集中在某些缺陷上(如裂纹、弱粘结等)),形成裂纹,从而导致橡胶疲劳失效。此外,由于橡胶是粘弹性体,其变形包括可逆变形和不可逆变形。在周期性变形中,不可逆变形引起的磁滞损耗转化为热量,使材料内部温度升高。高温促进了橡胶的老化和橡胶的疲劳破坏过程。总之,橡胶的疲劳不仅是机械疲劳失效,也是热疲劳失效。现象学认为,材料失效是由内部损伤(缺陷和微裂纹)引起的裂纹的不断扩展造成的。它的传播方式和膨胀速度由材料的粘弹性决定,表现出很强的-温度效应。根据分子理论,动态疲劳是由化学键断裂引起的,即在周期性变形过程中,应力不断集中在“弱键”处,诱发微裂纹,产生裂纹并随时间扩展。因为裂纹部分的分子链处于高应力场中,所以分子链被拉长。当应力达到粘结强度时,粘结断裂发生并随时间扩展。疲劳裂纹的扩展是由机械和化学损伤的累积引起的。在应变下,橡胶网络的链是对齐的,橡胶网络弱交联点之间的链长有一个分布范围。当发生变形时,链条是线性的,不均匀的载荷是由不均匀的网络结构引起的。网络结构努力使应力分布在链条的中间。当应力达到链的强度时,一个净链终将断裂,因此断裂前链所承受的力将迅速分布到相邻的链上,这将导致这些链中的一些由于过载而断裂。这时,虽然分子链已经断裂,宏观损伤还没有发生。断裂的链条不是随机的,但极有可能在头一次断裂的地方断裂。随着时间的增加,某些部位的断链会比其他部位多,宏观裂纹会从这里开始。断裂链的弹性能量以热量的形式耗散,裂纹的发展是一种非平衡过程的断裂现象,包括分子链随时间的连续不可逆断裂,以及与裂纹顶部及其附近分子运动相关的塑性变形所导致的不可逆能量损失。这种微观过程的宏观表现是裂纹在试样中不断扩展直至断裂,并伴随着动态橡胶疲劳过程中的热效应。