CC BY
8
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 12 (45), 2017 | ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ_39
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
ДЕФОРМАЦИЯ МЕЖАТОМНЫХ СВЯЗЕЙ ЕСТЕСТВЕННЫХ
ПОЛИМЕРОВ
DEFORMATION OF THE INTERATOMIC BONDS OF NATURAL _POLYMERS_
Рахимов Сохибназар Шарифович
Заведующей кафедры обшеучебных дисциплин Политехнического института Таджикского технического Университета имени академика М. С. Осими в городе Худжанд (ПИТТУ им. академика М. С. Осими);
Джалилов Файзулло Доцент кафедры обшеучебных дисциплин ПИТТУ им. академика М. С. Осими;
Джалилов Баходур Файзуллоевич Лаборант кафедры обшеучебных дисциплин
ПИТТУ им. академика М.С. Осими
АННОТАЦИЯ
Естественные полимеры имеют межатомные связи, которые подвергаются деформацию. Экспериментально установлено, что зависимость скорости стационарной ползучести щелка от температуры и напряжения можно описать эмпирическим уравнением.
Установлено, что развитием кинетики стационарной ползучести щелка управляют элементарные акты, идентичные элементарным актам, управляющим скоростью разрушения.
ABSTRACT
Natural polymers have interatomic bonds that undergo deformation. It is established that the dependence of the stationary velocities of creep clicking on temperatures and voltages can be described by the fitted equation.
It is determined, that the kinetics of the development of stationary creep clicking controlled elementary acts, identical elementary acts, controlling the velocity of destruction
Ключевые слова: естественные полимеры, прочность, энергия активации, деформация, разрушения
Keywords: natural polymers, strength, the energy of activation, deformation, destruction
Экспериментально установлено, что зависимость скорости стационарной ползучести щелка от температуры и напряжения можно описать эмпирическим уравнением:
Также известно, что кинетикой стационарной ползучести щелка управляют элементарные акты, идентичные тем, что управляют скоростью разрушения.
Прочность означает способность твердого тела сопротивляться разрушению и пластической деформации [1]. До начала 50-х годов господствовало представление, согласно которому только механические силы разрывают межатомные связи, разрушают тело и деформирует его. Основоположниками этого учения являются Гриффитс [3] и Орован [8]. Начиная с 50 - х годов нашего столетия формировался термофлуктуационный подход к прочности и деформации твердых тел. Как свидетельствуют многочисленные экспериментальные данные (в противоположность представлениям о критическом характере разрушения), напряжение не является единственным фактором, определяющим условия разрушения твердого тела. Наблюдавшееся влияние временного фактора на прочность несовместимо с представлениями о разрушении твердых тел, как о критическом явлении. Эта точка зрения как раз и основывается на представлениях о
тепловом движении в твердых телах, и разрушение рассматривается как процесс, протекающий во времени, а скорость определяется интенсивностью теплового движения атомов и величиной механического напряжения [5]. Отправной точкой кинетической, или термофлуктуационной, концепции, в которой долговечность тела под нагрузкой (т.е. время, необходимое для его разрушения), принимается в качестве фундаментальной величины, определяющей его прочность. Выбор такого подхода к проблеме прочности твердых тел подтверждается уже давно установленными фактами, что разрушение твердых тел при длительном воздействии нагрузки происходит при напряжениях, меньших критическим. Исследованиями ученых установлено, что временная зависимость прочности твердых тел, связывающая приложенное к образцу напряжение с временем до разрыва, не является результатом воздействия каких-то факторов, сопутствующих разрушению, а определяется природой самого процесса разрушения [1]. Попытка объяснить временную зависимость прочности химическим или поверхностно - активным воздействием окружающей среды оказалось несостоятельной. Более того, в последние годы экспериментально установлено и теоретически доказано, что возмущенные связи существуют и в ненагруженных телах [2]. Тремя независимыми методами (спектроскопия пропускания, нарушенного полного внутреннего отражения
и спектроскопия комбинационного рассеяния) показано, что в поверхностных слоях тела (около одного микрона) существуют перенапряженные связи, которые в результате нагрузки разрываются в первую очередь. Такие перенапряженные связи расположены внутри дилатона. Модель крупномасштабного возбужденного состояния - дилатона была предложена в работах [6, 8]. Согласно представленным моделям, дилатоны образуются при неупругих столкновениях фононов друг с другом или с дефектами материала (т.е. при обмене энергии между гармоническими колебаниями, обуславливающими гибель одних фононов и появления других). В рамках такой модели любые случайные деформации межатомных связей тесно связаны с изменениями (флуктуациями) амплитуды атомных колебаний или, на языке фононов, - флуктуациями числа фононов, а число фононов прямо пропорционально квадрату амплитуды колебаний атомов [10].
В настоящей работе исследована зависимость скорости стационарной ползучести щелка от нагрузки и температуры на воздухе и жидкой среде (в намагниченной воде).
Методика эксперимента.
Для испытания образцов под нагрузкой использовался рычажный механизм описанной в работе [4]. На этом приборе прикреплена установка для записи кривой ползучести. Деформацию образца показывает стрелка, укрепленная на оси рычага. На конец стрелки прикреплено перо, вычерчивающее кривую ползучести на диаграммной бумаге, вращаемой барабаном с внутренним часовым механизмом. В установке использован барабан с суточным и недельным оборотами. Для измерения малых долговечностей предусмотрен дополнительный редуктор, позволяющий ускорять вращение барабана и записывать кривые ползучести в более крупном временном масштабе. Для изучения зависимости долговечности и ползучести от температур используется система термостатирования, позволяющая проводить испытания в нужном интервале. При повышенных температурах образец помешался в теплоизолированную камеру. Температура камеры поддерживалась при помощи электронного потенциометра, который регулирует ток в печи по камере.
Образцы изготавливались из шести волокон шелка, плотно уложенных друг с другом, и длиной около 34 мм (рабочая часть - 22 мм). Надо отметить, что для хорошего расположения волокон в образце их приклеивали на подушках, а затем закрепляли между зажимами прибора. Таким образом, удалось получить хорошие, плотно упакованные образцы для испытания. На таких образцах нагрузка равномерно распределялась между волокнами шелка.
Получить достаточно плотно упакованные образцы из шелка, трудоемкая задача. При малом расхождении нитей по длине в упаковке, полученные значения разрывной прочности значительно отличались друг от друга.
Поэтому, особое внимание нами уделялось на получение образцов.
Для получения намагниченной воды использовался прибор заводского изготовления с магнитной индукцией В = 3 мТл. Необходимо отметить, что все результаты были получены в намагниченной воде, полученной при помощи выше названного прибора с индукцией 3 мТл.
Поперечные сечения образов были определены при помощи микроскопа с 30 кратным увеличением. Сначала измерялся эталонный образец из медного волокна определенного диаметра и фиксировалась на окуляре прибора при помощи микрометрического винта с числом делений винта, соответствующим эталонному образцу. Затем измерялось волокно шелка, в котором определяли число делений, соответствующего микрометрическому винту. С помощью формулы:
определяли диаметр волокна, а затем поперечное сечение волокна по формуле:
пйо
Т (2)
Умножив на 6 получим общее поперечное сечение испытуемого образца шелка. Надо отметить, что при определении диаметра волокна на окуляре наблюдаются усики на поверхности волокна. Учет усиков проводился с помощью получения резкого контраста темного края волокон, а также измерения диаметра между темными краями волокон.
Обсуждение экспериментальных результатов.
При нахождении материала под действием постоянного внешнего напряжения, с течением времени изменяются его линейные размеры. На практике во многих случаях, в частности при одноосном растяжении, деформацию удобно измерять в отно-
S0 =
сительных единицах, как отношение
£ ~ —
М = I
(3)
где I — длина образца после приложения
внешней нагрузки, началное длина образца.
Деформацию принято делить на упругую и пластическую.
Пластическая деформация зависит от времени и ее называют ползучестью.
На рисунке 1 приведена кривая ползучести шелка на воздухе. По рисунку видно, что она состоит из трех стадий. На первой стадии скорость ползучести со временем уменьшается и становится практически неизменной. Это стадия называется стадией неустановившейся ползучести. При низких температурах обычно наблюдается это стадия. На второй стадии установившейся, стационарной
ползучести скорость деформации не изменяется. На третей стадии ускоренной ползучести скорость изменения деформации резко увеличивается из - за возрастания напряжений или накопления крупных микротрещин. Эта стадия завершается разрушением. На языке нелинейной физики дила-
тоны образуются при неупругих столкновениях фо-нонов друг с другом или с дефектами материала. На третьей стадии число фононов увеличивается. Число фононов прямо пропорционально квадрату амплитуды колебаний атомов и, по этой причине, любые случайные деформации межатомных связей тесно связаны с изменениями амплитуды атомных колебаний. В этой стадии среднее расстояние между атомами увеличивается, увеличивается и вероятность образования дилатонов, размеры которых равны или больше длины свободного пробега фононов в данном материале. В этой стадии, в результате поглощения фононов, температура дила-тонов резко увеличивается и возникают мощные флуктуации, связи разрываются.
На рисунке 2 приведена кривя ползучести шелка, находящегося в
намагниченной воде. Как видно из рисунка, кривая состоит из трех стадий, однако время достижения этих стадий происходит при большем значении деформации, чем в воздухе. В жидкой среде большее число связей участвуют в деформации материала, чем в воздухе. Энергетическое состояние материала в намагниченной воде значительно отличается, что приводит к укорачиванию второй стадии ползучести, а третья стадия возникает намного раньше, чем в воздухе. Неупругое столкновение
фононов между собой и с трещинами в материале возникают раньше, чем в воздухе. Намагниченная вода способствуют возникновению дилатонов в ранних стадиях деформации материала.
На рисунке 3 приведена скорость стационарной ползучести щелка от напряжения. Было установлено, что для металлов и некоторых линейных полимеров скорость стационарной ползучести £ \ с температурой Т и напряжением (7 можно выражать эмпирическим уравнением:
4 = ¿¿ехр (- = е^ехр (-
ип
kT
(4)
200 400 МПа
Рис. 3. Зависимость скорости стационарной ползучести е шелка от напряжения. 1 - 293; 2 - 343; 3 - 363. Т. К
Согласно этой формулы зависимость логарифма скорости стационарной ползучести от напряжении при постоянной температуре линейна. Как видно из рисунка 3 в действительности наблюдается такая зависимость и в естественных полимерах, как щелк. Скорость стационарной ползучести с
увеличением внешней нагрузки увеличивается и для разной температуры имеет разный наклон, но зависимость о от с прямая.
На рисунке 4 приведена зависимость скорости стационарной ползучести от обратной температуры. Как видно из данного рисунка, зависимость
представляет собой веер линий, сходящихся в
одну точку на оси ординат ^ ^0.
По положению этой точки определяли величину ¿О пред экспоненциального множителя в уравнении [8]. Она оказалась равной 1012 - 1014 Гц.
По наклону прямых полученного веера определили значение энергии активации ползучести от напряжения. Зависимость оказалась прямолинейная, а экстраполируя ее к с =0 получили нулевое значение энергии активации ползучести щелка. Как показывают полученные результаты, нулевое значение энергии активации ползучести и разрушения для долговечности совпали (рис 5). Совпали акти-вационный объем разрушения и ползучести.
Известно, что численные значения предэкспо-ненциального множителя для уравнения долговечности тО=10 — 10 14 е., и числовые значения £о =(Ю12 — 1014)гц обратно пропорциональны. Отсюда можно предполагать, что между т0
существует связь ^ то. Как видно, произведение ¿0 т0 должно быть величиной постоянной. Отсюда
Как показано в работах [9] величина " ^ оставалась
постоянной в широком интервале температур и напряжений для металлов и кристаллов. Произведение скорости стационарной ползучести на величину времени до разрушения, в случае естественных полимеров (щелка), тоже оставалось постоянной. Таким образом, результаты показывают, что кинетикой стационарной ползучести управляют элементарные акты, идентичные элементарным актам, управляющим скоростью разрушения.
Экспериментально установлено, что в нагруженном теле существуют области, в которых деформация межатомных связей близка к предельному разрывному удлинению. Механизм возникновения таких связей многие исследователи связывают геометрическими особенностями различных дефектов структуры материалов: трещин, дислокаций, их скоплений и т.д., обуславливающих увеличение приложенного к телу напряжения на один - два порядка.
С точки зрения силового подхода, к появлению возбужденных связей в ненагруженном образце могли бы привести остаточные напряжения, образующиеся в процессе их изготовления. При повышении температуры должна была бы развиваться макроскопическая деформация, уменьшающая величину остаточных перенапряжений. Однако, в действительности, растет величина смещения сателлита быстрее, чем основного максимума. Следовательно, причиной появления возбужденных связей являются тепловые движения, а не остаточные перенапряжения.
Выводы:
1. Кривая ползучести щелка в условиях эксперимента состоит из трех стадий.
2. Скорость стационарной ползучести <с'з от температуры и напряжения можно описать уравнением типа (3).
3. Произведение скорости стационарной ползучести 's на время до разрушения т величина постоянная. .т = const
4. Энергия активации стационарной ползучести ^Опщелка совпадает с энергией активации механического разрушения.
5. Кинетикой стационарной ползучести управляют элементарные акты, идентичные элементарным актам, управляющих скоростью разрушения.
Список литературы:
1. Бартенев Г.М. - Механика полимеров, 1966, № 5.- С. 700.
2. Джалилов Ф. Роль поверхности в механизме разрушения полимеров. Дисс. на соискания ученого степени кандидата наук. - Ленинград. 1982.- 165с.
3. Griffith A.A. -Phil.Trans. Rjy. Soc., 1921, A 221, 163.
4. Журков С. Н., Томашевский Э. Е. Журнал теория физики, 1955, № 25.-С. 66.
5. Журков С. Н.- Вестник АН СССР, 1957, № 11.- С. 78.
6. Журков С. Н., Петров В. А. Док. АН СССР, 1978, № 236.- С. 1316.
7. Кусов А. А. ФТТ, 1979, № 21.- С. 3095.
8. Orowan E.-Nature, 1944, 154, 341.
9. Регель В. Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э. Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974.- 560 с.
10. Эльяшевич М. А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.: ГИФМЛ, 1962.- 892 с.
УДК 519.6 АНАЛИЗ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА ДЛЯ АЛГОРИТМА ВОКАЛИЗОВАННОЙ И НЕВОКАЛИЗОВАННОЙ КЛАССИФИКАЦИИ
Хеин Мин Зо
aспирaнт
ПО и АИС, «Курский Государственный Университет» г.Курск, Российская Федерация
Обработка речи - интересная область обработки сигналов, где вокализованная и невокализо-ванная классификация является одной из классических проблем. Речь имеет несколько фундаментальных характеристик как во временной области, так и в частотной области. Во временной области особенности речевого сигнала представляют собой кратковременную энергию, кратковременные скорости пересечения нуля и кратковременную автокорреляцию. Многочисленные приложения для обработки речи, такие как синтез речи, расширение речи и распознавание речи, сильно зависят от успешной сегментации речевого сигнала в вокализованную и невокализованную область.
В последние годы значительные усилия были потрачены исследователями в решении проблемы
классификации речи в вокализованный , невокали-зованный сегмент. Был применен подход распознавания образов для определения того, должен ли данный сегмент речевого сигнала классифицироваться как вокализованный, невокализованный или молчащий, на основе измерений особенностей во временной области речи [1]. Проблема речевой классификации очень важна, потому что ее решение влияет на другие речевые процессы анализ, синтез и распознавание речи.
Вокализованная речь возникает, когда периодические импульсы воздуха, генерируемые вибрирующей щелью, резонируют через вокальный тракт. Сушествует примерно две трети речи, которая имеет важное свойство разборчивости. Невока-лизованная речь вызвана тем, что воздух проходит через узкое сужение вокального тракта как, когда
