Прочность крупногабаритных изделий

При изготовлении септиков и речных буёв, важным вопросом является оценка и анализ результатов усталостных испытаний пластмасс в условиях естественного нагружения, при погружении изделий в воду и монтажа в земле.

Обобщение результатов изучения прочности пластмасс  полученных на предприятии ООО "РотоФорм"  при исследованиях предела прочности пластмасс и выносливости позволяют прогнозировать усталостную прочность полимерных материалов и длительность эксплуатации крупногабаритных изделий из пластмасс.

Такие данные могут найти применение при разработке новых конструкций различных изделий. Зная прочность пластмассы можно решать задачи замены материалов при изготовлении и оптимизации существующих элементов из пластмассы, деталей и узлов, работающих в условиях многократного усталостного разрушения.

Специфика предела прочности пластмасс при многократном нагружении - это основа выбора показателей прочности. Оценка и прогноз работоспособности и прочности полимерных материалов, работающих при многократных и переменных нагрузках, значительно отличаются от способов и методов, применяемых для кратковременных или длительных статических нагрузок. Специфична характеристика усталостной работоспособности: вместо статической прочности пластмассы - времени до разрушения, она обычно характеризуется числом циклов нагружения - выносливостью, которое связано с частотой цикла нагружения. Но простая связь предела прочности пластмасс с выносливостью не реализуется в связи с ролью релаксационных процессов и значительным разогревом вследствие механических потерь и гистерезиса, особенно опасного из-за слабой теплопроводности и высокой чувствительности предела прочности и жесткости пластмасс к повышению температуры.

Поэтому весьма существен эффект саморазогрева, который после достижения критического прироста температуры, приводит к размягчению пластмассы. Это явление, специфическое для пластмасс при их многократной нагрузке, приводит к выходу из строя изделий вследствие критической ползучести, т.е. потери формы, а не потери прочности. Такой вид усталостного разрушения был назван тепловым. Прочность пластмассы снижается в перенапряженных местах только в фазе растяжения. Фазы отдыха или сжатия сказываются на процессе разрушения при последующем растяжении через изменение структуры и перераспределение напряжений в результате релаксационных процессов. Поэтому важно соотношение времени релаксации и продолжительности цикла: если за время цикла нагружения релаксация полностью прошла или, наоборот, совершенно не реализовалась (например, при низкой температуре), то долговечность совпадает со статической, т.е. наблюдается аддитивность времен нагружения. Если же периоды релаксации и цикла близки, то наблюдается независимость предела прочности пластмассы от частоты.

Для установления закономерностей разрушения при многократной нагрузке и расчета долговечности надо учесть температуру стационарного (некритического) разогрева и перенапряжения в трещине или рассчитать число циклов до разрушения, исходя из статической прочности и ее зависимости от температуры и скорости (времени) нагружения.

Основные показатели усталостных свойств пластмасс:

- амплитуда напряжения,

- амплитуда деформации,

- заданная работа цикла при ударном нагружении,

-  предел теплового разрушения,

- предел выносливости,

-  критический разогрев,

- число циклов до разрушения

- частота нагружения

- температура окружающей среды

-  коэффициент усталостной прочности.

Систематизация данных в области прочности пластмассы позволяет разрабатывать крупногабаритные изделия из пластмасс, которые гарантированно могут эксплуатироваться в течении всего гарантийного срока.

При более широкой постановке задачи показатели предела прочности пластмассы могут быть разделом общей справочно-информационной системы показателей работоспособности крупногабаритных полимерных материалов (механических - при различных условиях эксплуатации и различных видах достигаемого предельного состояния, в т.ч. статическое разрушение, износ и т.д.).