CC BY
3Технология и конструирование
одежды
УДК 677.075.01
Станийчук Александр Владимирович
Амурский государственный университет г. Благовещенск, Россия E-mail: kto@amursu.ru Staniychuk Alexander Vladimirovich Amur State University Blagoveshchensk, Russia E-mail: kto@amursu.ru
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ДЕФОМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПЛОСКИХ ВОЛОКНОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ
GEOMETRIC ANALYSIS IN STUDIES OF DEFORMATION PROPERTIES OF FLAT FIBER-CONTAINING MATERIALS
Аннотация. В статье рассмотрены геометрические подходы к решению задач в материаловедении плоских материалов. Предложены геометрический метод и оптимальная форма образца для исследования деформационных свойств плоских волокносодержащих материалов.
Abstract. The article considers geometric approaches to solving problems in the materials science of flat materials. A geometric method and an optimal sample shape for studying the deformation properties offlat fiber-containing materials are proposed.
Ключевые слова: геометрический анализ, коэффициенты для оценки растяжения, испытуемый образец, деформационные свойства, плоские волокносодержащие материалы, прогнозирование экстремальных исследований.
Key words: geometric analysis, coefficients for evaluating stretching, test piece, deformation properties, flat fiber containing materials, forecasting extreme studies.
DOI: 10.22250/20730268_2022_99_95
Известны методы [1,2], при которых на исследуемый образец в определенных местах наносят геометрические фигуры правильной формы. О деформациях материалов судят по изменениям этих фигур после растяжения исследуемого образца.
Представляет интерес геометрический подход для изучения сложных видов деформации плоских волокносодержащих материалов [3].
В работе [4] изучалось изменение геометрии ткани при одноцикловых нагрузках, прикладываемых в различных направлениях. В основу исследований было положено изучение закономерностей деформации ячейки.
В качестве ячейки применялась ее увеличенная модель, нанесенная краской на испытуемый образец. Испытания проводились на разрывной машине РТ-250 при растяжении до 20%. Весь процесс деформации фиксировался киносъемкой. Для замеров отдельные кадры проецировались на экран или просматривались на микрофото. По нанесенной сетке с величиной ячейки 10х10 мм в средней части образца промерялось четыре ячейки, в которых определялись необходимые параметры.
В работе [5] разработана установка для изучения усталости высокоэластичных резиноткане-
вых материалов при двухосном растяжении, зажимы которой шарнирно связаны с тензометрически-ми динамометрами. Зону равномерного растяжения и истинную деформацию рабочей части образца оценивали путем фотосъемки координатной сетки, нанесенной в процессе вулканизации на рабочую часть образца. Установка позволяет простой перестановкой кулачков обеспечить разнофазовое деформирование образца с различными соотношениями главных напряжений 01 и о2. На установке предусмотрена запись изменения нагрузки во времени при помощи обычной тензометрической системы.
Недостаток этих методов - трудоемкость, обусловленная необходимостью соответствующей подготовки испытуемого образца, размещения на исследуемый материал геометрических фигур и изучения деформационных процессов с помощью видео- или фототехники.
Несомненно, геометрические методы заслуживают внимания в области изучения деформационных свойств плоских волокносодержащих материалов.
Следует отметить, что любое растяжение материала можно оценить двумя коэффициентами, которые будут характеризовать долю одноосного растяжения - Ко и долю двухосного симметричного растяжения - Кд. Тогда, например, при нанесении на плоский образец окружности диаметром 1 и последующем растяжении материала по одной оси она растянется вместе с материалом в направлении приложения нагрузки на До и сократится в поперечном направлении Ас, а в итоге превратится в эллипс (рис. 1). Исходный размер большой оси эллипса изменится и будет иметь относительное удлинение во, а малой оси - относительное поперечное сокращение ес. При растяжении материала равномерно во все стороны исходная окружность превратится в концентрическую (рис. 2) с абсолютным приращением Ад, что соответствует относительному удлинению ед. Этот вид деформации материала будет определяться как двухосное симметричное растяжение. При совмещении одноосного и двухосного симметричного растяжений получится сложное двухосное деформированное состояние материала (рис. 3). Исходная окружность превратится также в эллипс, с осями большой а = I + Ад + Ао и малой 5 = I + Ад — Ас , это даст относительное удлинение £сс = ед ео и £¡3 = £д — ес.
Рис. 1. Схема деформации окружности, нанесенной на материал, при одноосном растяжении.
Рис. 2. Схема деформации окружности, нанесенной на материал, при двухосном симметричном растяжении.
Рис. 3. Схема деформации окружности, нанесенной на материал, при сложном двухосном растяжении.
Коэффициенты, характеризующие эти деформации, предлагается определять по выражениям:
(1)
вЭ
Кд =
бее
(2)
причем Ко + КЭ = 1. При Ко =1 наблюдается одноосное растяжение, а при Кд =1 - двухосное симметричное растяжение. Между этими крайними случаями будут находиться все возможные виды растяжений плоских образцов листовых материалов (без учета деформаций, получаемых в направлении толщины материала).
Наиболее подходящей для исследования деформационных свойств в данных условиях является форма образца в виде квадрата со срезанными углами [6]. На рис. 4 показана схема нагружения такого образца.
Рис. 4. Схема нагружения квадратного образца со срезанными углами.
Существующие методы определения величины деформации плоских волокносодержащих материалов имеют, наряду с достоинствами, и некоторые недостатки. Например, в случае определения данных о величинах полной деформации, ее составных частях или проведении испытаний с разрушением исследуемого образца.
При возникновении ситуации, когда для решения поставленной задачи не требуется детального рассмотрения процессов, происходящих в плоских материалах, а достаточно указать, в каких случаях произойдет разрушение материала, из которого изготовлена конкретная деталь, применение более простых способов оценки величины деформации, основанных на геометрических методах, в большинстве случаев оправданно. Например, если при проектировании изделия возникает необходимость придать детали какую-либо сложную форму, то необходимо иметь возможность оценить величину деформации еще на этапе проектирования.
Таким образом, представляет интерес геометрический анализ для прогнозирования экстремальных значений отношения метрических форм, по которым можно судить о величине деформации плоских волокносодержащих материалов и о возможных разрушениях. Данные, полученные в результате подобных исследований, могут служить основой для математического моделирования. Это позволит значительно упростить дорогостоящие экспериментальные опыты.
1. Зыбин, Ю.П. Влияние проектирования верха обуви на величину деформации при одно процессном формовании // Известия вузов. ТЛП. - 1960. - № 1. С. 80-84.
2. Перельмитер, В.И., Зыбин, Ю.П. Способ определения деформаций верха обуви // Известия вузов. ТЛП. -1960. - № 5. - С. 64-69.
3. Куприянов, М.П. Исследование деформации верха обуви при различных способах формования. // Известия вузов. ТЛП. - 1964. - № 4. - С. 63-70.
4. Модестова, Т.А. К вопросу об изменении геометрии ткани при одноцикловых нагрузках// Известия вузов. ТЛП. - 1966. - № 2 (51). С. 14-9.
5. Бородко, Т.В. и др. Установка для изучения усталости высокоэластичных материалов // Заводская лаборатория. - 1974. - № 3. - С. 334-335.
6. Станийчук А.В. Анализ видов нагружения и изучение оптимальной формы образца для исследования деформационных свойств плоских волокносодержащих материалов // Вестник Амурского гос. ун-та. Серия «Естественные и экономические науки».- 2021. - № 95. - С. 116-120.
