4 �dania zmęczeniowe metali
1

U 8

Badania zmęczeniowe tworzyw sztucznych prowadzi się najczęściej w warunkach , .1 stałej amplitudy naprężeń (ff_fl=const) lub stałej amplitudy odkształceń (£«=const). . Stosowane są zazwyczaj cykle wahadłowe (symetryczne), rzadziej tętniące i niesyme- ' tryczne ze względu na wynikające'z procesów teologicznych zmiany charakterystyki cyklu (zmiany er* lub w funkcji liczby cykli N).    ..

W trakcie prób zmędgeniówych tworzyw sztucznych, zarówno w warunkach założonej    |

stałej amplitudy naprężenia, jak i odkształcenia, ulegają zmianie wartości modułów sprę-żystoścl Zmiana ta występuje nawet przy niewielkich wartościach naprężenia i odksztai-cenią. Jednym z powodów tego zjawiska jest nagrzewanie się próbek w czasie badapja. i Wartości modułów sprężystoścj tworzyw sztucznych zwykłe silnię zależą ód temperatury. • Przyczynami nagrzewania się próbek (często znacznego^, nawet przymałych częstościach j obciążeń, są: duże połę pętli histereży W procesję odkształcania oraz małe przewodnictwo \ -1 cieplne. Wzrost temperatury ppwodujący nasilenie procesów pełzania i relaksacji może *    prowadzić również do zmian strukturalnych w badanym twor^wię. ';    •' •;

Wszystkie, wynikające ze specyfiki tworzyw sztucznych czynniki decydują o tym,V że w większości przypadków przebieg krzywej zmęczeniowej Wóhlera dla tych matę- - ■ riałów jest inny niż dla metali. Procesy reologięzrię zachodzące w polimerach podda- - -nych długotrwałemu obciążeniu powodują, żę przeważnie nie obserwuje się asymp- . totycznego (do prostej równoległej do osi N) przebiegu krzywej Wóhlera w układzie er—Ań Nie można zatem mówić ó dieograniczonęj wjdrzymałości zmęczeniowej t&ro-.* _ czyw sztucznych jak w przypadku metali, lecz tylko o ograniczonej wytrzymałości', zmęczeniowej występującej przy określonej' liczbie cykli obciążenia, którą przyjmuje-' -się zwykle w granicach 10'-10* cykli. •    1^:    •

Metody badań zntęczeniowych tworzyw sztucznych nie są w P°lsce objęte normami, a w skali światowej znormalizowane są tylko w niewielkim stopniu, przy czym wiele z istniejących norm zagranicznych ogranicza się do podania jedynie ogólnych wytycznych dotyczących metod badańl    .    .

Korzystając z gotowych wyników |ub prowadząc badania zmęczeniowe tworzyw sztucznych należy pamiętać o kilim podstawowych zasadach i ograniczeniach wyni-kających z ich specyficznych właściwości, a mianowicie:    • "    .    . '

•. określenie zachowania się tworzyw sztucznych podczas zmęczenia przez podanie wytrzymałości lub trwałości zmęczeniowej nie ma większego sensu, gdy temperatura próbki nie jest wielkością, kontrolowaną;    .    .    •

■ stosowanie, na wzór badań, metali, skróconych metod pomiaru wytrzymałości zmęczeniowej może prowadzić do dużych błędów, szczególnie w przypadku tworzyw/ których temperatury przemian pierwszo- i drugorzędowych są stosunkowo bliskie temperaturze eksperymentu; -• ’ .    . ‘ •

■    • przy stosowaniu niesymetrycznych cykli obciążenia (a_m^Ł0 lub    napręże

nie lub odkształcenie średnie może mieć dominujący wpływ na przebieg zmęczenia materiału, powodując wraz ze wzrostem liczby cykli7/ zmiany charakterystyki cyklu w wyniku procesów pełzania lub relaksacji naprężenia;

•    duży wpływ na wyniki badań zmęczeniowych może mieć „historia” próbki opisana zmianami takich parametrów jak czas, temperatura i środowisko, przy któiych była ona pizechowywana pd chwili wytworzenia do momentu badania;

•    wyniki badań zmęczeniowych można wykorzystywać jako stałe materiałowe przy projektowaniu tylko wtedy, gdy wszystkie parametry konstrukcji - wliczając w to wartości i stan naprężenia, wielkość, kształt i temperaturę elementu, częstość obciążeń i warunki środowiską - są porównywalne z parametrami próby.

Bardzo istotny w badaniach wytrzymałości zmęczeniowej tworzyw sztucznych jest prawidłowy wybór kryterium zniszczenia próbki W przypadku metali sprawa jest najczęściej prosta. Zniszczenie próbek polega na trwałym ich rozdzieleniu na dwie części. Takie zniszczenie jest wyfujcietn zainicjowania i rozwoju pęknięcia zmęczeniowego. Odpowiednie urządzenie rejestruje automatycznie liczbę cykli, po których nastąpiło rozdzielenie próbki. Specyfiką tworzyw sztucznych uniemożliwia stosowanie jednego uniwersalnego kryterium zniszczenia próbki. Ograniczywszy się do badań wytrzymałości zmęczeniowej tworzyw sztucznych podczas zginania, można wymienić przykładowo następujące oznaki zniszczenia próbek:

•    klasyczne rozdzielcze pęknkcie zmęczeniowe,

•    lokalne zmiękniecie (wytworzenie się tzw. przegubu plastycznego) powstałe wskutek np. rozgrzewania się inątęriąłn poddanego zmiennym obciążeniom,

•    ogólne zmniejszenie się sztywności próbki do pewnej przyjętej wielkości krytycznej (w wyniku wzrostu temperatury próbki lub pojawienia się siatki pęknięć o odpowiedniej gęstości),

•    rozwarstwienie tworzywa p budowie warstwowej (dotyczy głównie laminato-' wych kompozytów polimerowych) jtp,

•W wielu przypadkach kontynuowanie próby zmęczeniowej aż do rozdzielenia próbki jest błędęm, gdyż znacznie wcześniej może wystąpić stan dyskwalifikujący ją jako element konstrukcyjny, np, pojawienie się przegubu plastycznego lub katastrom • falne zmniejszenie sztywności, Dlatego badania zmęczeniowe tworzyw sztucznych wymagają stosowania maszyn wyposążppych w układy ciągłego pomiaru i rejestracji wielu wielkości charakterystycznych, tzn. temperatury próbki i jej otoczenia, sity zginającej lub strzałki ugięcia |tp.

5.3. Badanie wytrzymałości zmęczeniowej tworzyw sztucznych podczas zginania

Do tej grupy badań zalicza się próby podczas obrotowego zginania próbek o przekroju kołowym oraz zginanie płaskie próbek o przekroju prostokątnym. . “Metody badań zmęczeniowych oparte na próbach zginania są najbardzej rozpowszechnione. Wynika to z łatwości uzyskiwania symetrycznych cykli obciążenia