» » Модуль сдвига резиноэластичного материала


Модуль сдвига резиноэластичного материала

23.04.2016

Модуль сдвига резиноэластичного материала легко определить (рис. 5.3), причем он относительно независим от размеров испытуемых образцов и нагрузки. Однако на модуль сдвига влияют многие факторы, поэтому может показаться сомнительной целесообразность использования его в качестве расчетного параметра. He без оснований нормы ДИН 53504 по испытанию эластомеров на растяжение не рекомендуют принимать постоянный модуль упругости для определенного эластомера.
Модуль сдвига резиноэластичного материала

Допущение максимально возможных касательных напряжений при определении реакций на деформации сократило бы на один этап расчет резиновой опорной части по сравнению с расчетом касательных напряжений по модулю сдвига, однако точности это не дает.
Деформации сдвига резиновой опорной части характеризуются известным соотношением (рис. 5.4):
Модуль сдвига резиноэластичного материала

где H — сдвигающее усилие; F — площадь опорной поверхности; G — модуль сдвига. Нелинейность характера диаграммы напряжения-деформации (см. рис. 5.2) относится и к модулю сдвига. Типичный характер зависимости касательных напряжений от деформаций для эластомерной опорной части показан на рис. 5.5. В области нулевой точки в соответствии с теорией упругости резины кривая крутая, затем становится более пологой, и, наконец, снова круто поднимается вследствие влияния эффекта кристаллизации. Кривая модуля сдвига, соответствующего рис. 5.5, показана на рис. 5.6. Диаграмма воспроизводима по меньшей мере при двух одинаковых нагружениях, если после нагружений истекло мало времени (эффект Муллинса). При первом нагружении кривая всегда круче, т. е. модуль сдвига больше (рис. 5.7). Площадь, заключенная между обеими ветвями кривой деформаций (гистерезис), всегда больше при первом нагружении.
Модуль сдвига резиноэластичного материала

Другими словами, эластомер вследствие предварительных деформаций становится пластичнее, его амортизирование уменьшается. Эти изменения наблюдаются в очень небольшом интервале нагрузки и очень быстро достигают предельных значений. Деформации, которые больше предварительных деформаций, происходят, в области, превышающей предварительные деформации, как первоначальные. Истолкование этого свойства дает Муллинс в работе.
При практических расчетах эластомерных опорных частей используют значение модуля сдвига для промежутка от tanγ = 0,2 до tanγ = 0,9, т. е. принимают не абсолютно неблагоприятную, а разумную расчетную величину.
Модуль сдвига является в первую очередь функцией твердости резины, которую определяют по Шору. С учетом рассмотренных и других условий можно получить зависимость между твердостью по Шору и модулем сдвига (рис. 5.8). При твердости по Шору 60° модуль сдвига G = 10 кгс/см2. Так как методы определения твердости по Шору дают точность ±5°, то отклонение для модуля сдвига составляет около ±2 кгс/см2, что учитывается в нормах.
В соответствии с теорией упругости резины модуль сдвига при ударных нагрузках увеличивается. Разница зависит от времени удара, при пульсирующей нагрузке от частоты. Она тем больше, чем жестче резиноэластичный материал. Это следует из формулы
Модуль сдвига резиноэластичного материала

Чем больше фактор Е, характеризующий жесткость материала, тем меньше вероятность W для преодоления сил Ван-дер-Ваальса.
Модуль сдвига резиноэластичного материала

Поэтому в первых директивах Федерального министерства транспорта по резиновым опорным частям предусмотрено различие между модулем сдвига для длительных деформаций (температура, ползучесть, усадка) и для кратковременных деформаций (торможение, ветер). Модуль сдвига для кратковременных деформаций на 65% выше модуля для длительных деформаций — при твердости по Шору 60° (рис. 5.9). Фактическое соотношение между динамическим Gдин и статическим G0 модулями сдвига зависит от типа эластомера, температуры и продолжительности ее воздействия, частоты и амплитуды.
Co временем установили, что торможение и ветер обычно не создают ударных нагрузок (в отношении резины), так как торможение железнодорожного состава все же продолжается несколько минут, а ветровые нагрузки во всяком случае наполовину меньше ударных нагрузок.
Как видно из рис. 5.10, изменение скорости деформаций между 0,17 и 10,0 (tan γ/мин) не влияет на величину модуля сдвига. Прерывности в кривых, вероятно, объясняются неучтенными изменениями температуры.
Модуль сдвига резиноэластичного материала

He всегда незначительное влияние на измеренный модуль сдвига оказывают опорное давление и относительная полезная толщина Г/а испытуемого образца. Без опорного давления модуль сдвига измерить трудно, так как для передачи напряжений сдвига необходимо сопротивление трения сцепления. Опорное давление всегда вызывает деформации сдвига, которые зависят от относительной полезной толщины Т/а. Деформации сдвига, появляющиеся без воздействия внешних горизонтальных сил, приводят к уменьшению измеренного модуля сдвига.