纤维材料在动态机械外力作用下的疲劳.ppt

纤维材料在动态机械外力作用下的疲劳 嘉兴学院服装与艺术设计学院 薛元 (教授) * * 引 言 针对伟东教授主编的《纺织材料学》教科书中织物在动态机械外力作用下的疲劳这部分内容在教学实践中碰到的问题进行分析、补充和完整，以方便学生理解和掌握。 一、小变形条件下纤维材料的变形及特点 二、纤维材料的粘弹性力学—应力松弛和蠕变 三、动态机械外力作用下纤维材料的疲劳特性 一、小变形条件下纤维材料的变形及弹性回复率 可回复的弹性变形（急弹性+缓弹性） 不可回复的塑性变形 急弹性变形：加外力后能迅速产生，去除外力后迅速去除的变形； ?? ? 缓弹性变形：加外力后需经一定时间后才能逐渐产生，去除外力后也需经一定时间后才能逐渐消失的变形。 塑性变形：纤维材料受力时产生变形，去除外力后，不能回复的变形。 1.小变形条件下纤维拉伸变形的特点 ： 纤维拉伸变形 一、小变形条件下纤维材料的拉伸变形及其弹性回复率?? 1.小变形条件下纤维拉伸变形的特点 ： 总结如下： 纤维受力后的总变形： ΔL= ΔL急+ ΔL缓+ ΔL塑（绝对值） ε=ε急+ε缓+ε塑 （相对值） ①纤维受力后产生变形，在屈服点之前是弹性变形，在越过屈服点后所产生的是塑性变形。当纤维受力后变形足够大时，其变形包括弹性变形和塑性变形； ②弹性变形包括急弹与缓弹变形，两者是同时产生的； ③急弹变形、缓弹变形、塑性变形所占的比例受纤维的性质、所加负荷的大小、负荷作用的时间而影响。 2.纤维拉伸弹性回复率的测定 （1）定义：指纤维产生变形后的变形恢复能力。 （2）曲线： 图中： oa —弹性变形+塑性变形； ab — 应力松弛； bc —急弹性变形ε3； cd — 缓弹性变形ε4；? do—塑性变形ε5 ； W — 拉伸力所做功； We —弹性回复力所做功； （3）弹性回复率的计算： ? a.用伸长指标计算弹性回复率Re： ??????Re =（ ΔL 急+ ΔL缓）/（ ΔL急+ ΔL缓+ ΔL塑） ?????????? =（L1-L2）/（L1-L0） 式中： L0——纤维加预加张力使之伸直但不伸长时 的长度（mm） ????????? L1——纤维加负荷后伸长的长度（mm） ???????? L2——纤维去负荷再加预张力后的长度（mm） 由图知： ε3—急弹性变形率； ε4— 缓弹性变形率；?ε5—塑性变形率； 则弹性恢复率： ?Re =（急弹率+缓弹率）/总变形率 =（ε3+ε4）/(ε3 + ε4 + ε5) b.? 用应变率指标计算弹性回复率 ? Re 图中：弹性回复力所做的功为We;拉伸力所作的功为W; 则弹性恢复率： ?? Re =弹性回复功/拉伸功 = Acbe / Aoabe= We /W C.? 用弹性回复功指标计算弹性回复率 ? Re 前面给出了三种计算计算弹性回复率Re 的方法： 即： ①用伸长指标计算弹性回复率Re； ②用应变率指标计算弹性回复率 ? Re； ③用弹性回复功指标计算弹性回复率 ? Re； 需要指出，用三种计算方法得到的Re不一定在数值上完全相等，但存在一定的正相关性联系。 二、纤维的粘弹性力学性能—应力松弛和蠕变 纤维的粘弹性力学性能：纤维在外力作用下应力、应变随时间而变化的性质称为纤维的粘弹性力学性能，包括蠕变和应力松弛。 1.蠕变（σ为常量，考察应变ε-t的关系） (1)定义：指一定温度下，纺织材料在一定外力作用下，其变形随时间而变化的现象。 (2) 蠕变曲线：见下页 (3) 产生原因：随着外力作用时间的延长，不断克服大分子间的结合力，使大分子逐渐沿着外力方向伸展排列，或产生相互滑移而导致伸长增加，增加的伸长基本上都是缓弹性和塑性变形。 （2）蠕变曲线 ε1为急弹性变形；ε2为缓弹性变形+塑性变形； ε3为急弹性变形； ε4为缓弹性变形； ε5为塑性变形 弹性恢复率 2．应力松弛（应变为常量，考察应力σ-t关系） （1）定义：在一定温度下，拉伸变形保持一定，纺织材料内的应力随时间的延续而逐渐减小的现象称为应力松弛。 （2）曲线：见下页 （3）产生原因： ????? 由于纤维发生变形时具有内应力，使大分子逐渐重新排列，在此过程中部分大分子链段间发生相对滑移