Technologia / Poradnik techniczny
Pełzanie kompozytów, relaksacja naprężeń i odpowiedź zależna od czasu
Materiał zależny od czasu może nadal odkształcać się przy niezmiennym naprężeniu lub zmniejszać naprężenie przy ustalonym odkształceniu. Są to różne warunki. Moduł zmierzony w jednej skali czasu nie opisuje automatycznie każdej historii obciążenia długotrwałego lub zmiennego.
Ustal wielkość sterowaną przed interpretacją zależności od czasu.
Podatność pełzania i moduł relaksacji opisują różne zależności. Model sprężyna–tłumik uwidacznia różnicę, jednak jego proste parametry i idealna odpowiedź długoczasowa nie określają rzeczywistego materiału łopaty ani trwałości.
01 / Pełzanie
Niezmiennemu naprężeniu może towarzyszyć zmieniające się odkształcenie.
W liniowej reprezentacji jednowymiarowej przy skoku naprężenia utrzymywanego na poziomie σ0 podatność pełzania J(t) daje ε(t) = J(t)σ0.
W liniowej reprezentacji jednowymiarowej przy skoku naprężenia utrzymywanego na poziomie σ0 podatność pełzania J(t) daje ε(t) = J(t)σ0. J ma jednostkę odwrotności ciśnienia. Wzrost podatności w czasie oznacza wzrost odkształcenia w tych zdefiniowanych warunkach stałego naprężenia.
Stała siła zewnętrzna odpowiada stałemu naprężeniu tylko wtedy, gdy odpowiednie pole i rozkład naprężenia pozostają wystarczająco niezmienne. Zmiana geometrii lub wieloosiowy stan obciążenia wprowadzają dodatkowe rozróżnienia. Termin pełzanie powinien więc wskazywać wielkość sterowaną i reprezentację materiału, zamiast oznaczać po prostu dowolny powolny ruch.
02 / Relaksacja
Niezmiennemu odkształceniu może towarzyszyć zmieniające się naprężenie.
Dla skokowego odkształcenia utrzymywanego na poziomie ε0 w odpowiednim modelu liniowym moduł relaksacji Erel(t) daje σ(t) = Erel(t)ε0.
Dla skokowego odkształcenia utrzymywanego na poziomie ε0 w odpowiednim modelu liniowym moduł relaksacji Erel(t) daje σ(t) = Erel(t)ε0. Ma to jednostkę ciśnienia. Teoria lepkosprężystości COMSOL definiuje relaksację i pełzanie osobno, poprzez właściwe im historie.
Malejące naprężenie w tej reprezentacji nie oznacza, że materiał zniknął lub narzucone odkształcenie spadło do zera. Warunek brzegowy pozostaje stały, a odpowiedź wewnętrzna się zmienia. Rzeczywisty zespół może łączyć zmienne siły i przemieszczenia, zamiast dokładnie odtwarzać którykolwiek z dwóch elementarnych warunków.
03 / Prosty model
Element Maxwella ma określoną, ograniczoną odpowiedź.
Idealny element Maxwella łączy szeregowo sprężynę liniową i lepki tłumik.
Idealny element Maxwella łączy szeregowo sprężynę liniową i lepki tłumik. Jego zależność jednowymiarowa to εdot = σdot/E + σ/η, z modułem sprężyny E i lepkością tłumika η. W obu elementach występuje to samo naprężenie, a ich odkształcenia sumują się.
Przy stałym odkształceniu po idealnym skoku σ(t) = σ0 exp(−t/τ), gdzie τ = η/E. Przy stałym naprężeniu model ma natychmiastowe odkształcenie sprężyny oraz odkształcenie narastające jako σ0t/η. Są to konsekwencje wybranego elementu, a nie uniwersalne prawo dla każdego kompozytu.
04 / Skala czasu
Czas relaksacji nie oznacza okresu użytkowania.
Dla hipotetycznego τ = 10 s idealna relaksacja Maxwella przy t = τ daje około 36.8% naprężenia początkowego.
Dla hipotetycznego τ = 10 s idealna relaksacja Maxwella przy t = τ daje około 36.8% naprężenia początkowego. Nie mówi to nic o stałej czasowej łopaty, jej naprężeniu dopuszczalnym ani pozostałym okresie użytkowania. Konwencja początkowego przyłożenia obciążenia w modelu również musi być wyraźnie podana.
Bardziej ogólne modele mogą uwzględniać sprężystą gałąź długoczasową lub rozkład czasów relaksacji. Ich zachowanie długoczasowe różni się od zachowania pojedynczego elementu Maxwella. Jeden punkt pomiarowy lub dogodna krzywa wykładnicza nie pozwala jednoznacznie określić wszystkich tych fizycznych lub dopasowanych składników modelu.
05 / Inne mechanizmy
Zależność od czasu różni się od akumulacji cykli.
Zmęczenie opisuje skutki związane z historią cykli obciążenia; pełzanie i relaksacja dotyczą odpowiedzi zależnej od czasu w określonych warunkach.
Zmęczenie opisuje skutki związane z historią cykli obciążenia; pełzanie i relaksacja dotyczą odpowiedzi zależnej od czasu w określonych warunkach. Mogą na siebie wpływać, lecz liczenie cykli nie opisuje automatycznie odkształcenia pod obciążeniem długotrwałym. Poradnik o zmęczeniu omawia tę odrębną reprezentację.
Odkształcenie lepkosprężyste może obejmować odwracalną odpowiedź opóźnioną i zachowanie dyssypacyjne zależnie od modelu. Nie należy nazywać go trwałym uszkodzeniem tylko dlatego, że zmienia się w czasie. Uszkodzenia, plastyczność i zmiany cieplne wymagają własnych założeń, zamiast ukrywania ich w jednym niewyjaśnionym współczynniku czasowym.
06 / Zakres opisu kompozytu
Składniki i kierunki mogą mieć różną historię.
Kompozyt łączy zbrojenie, osnowę i powierzchnie styku, więc odpowiedź zależna od czasu może zależeć od kierunku, temperatury i zachowania składników.
Kompozyt łączy zbrojenie, osnowę i powierzchnie styku, więc odpowiedź zależna od czasu może zależeć od kierunku, temperatury i zachowania składników. Pełna reprezentacja musi zachować ten zakres. Poradnik o składnikach kompozytu rozróżnia podstawowe role materiałów.
Nie określono tu modelu żywicy MARSTON, podatności pełzania, widma relaksacji ani wytrzymałości zależnej od czasu. Potwierdzenie GFRP nie dostarcza tych parametrów. Artykuł nie zawiera ekstrapolacji przyspieszonych badań trwałości, limitu czasu eksploatacji ani procedury obciążania lub modyfikowania łopaty.
Powiązane poradniki techniczne: Mechanika kompozytów przekładkowych: okładziny, rdzeń i strefy międzyfazowe · Orientacja laminatu, symetria i sprzężenie zginania ze skręcaniem · Sztywność połączenia śrubowego: podział obciążenia i rozwarcie styku.
Informacje ogólne: COMSOL: pełzanie, relaksacja i warunki modelu sprężyna–tłumik · MIT OCW: elementarny model Maxwella i warunki relaksacji. Źródła wyjaśniają koncepcje branżowe; są odrębne od właściwych dokumentów produktów i projektów MARSTON.
Kluczowe pojęcia i warunki.
Odczytuj każdą wielkość wraz z odniesieniem, jednostkami i podanymi warunkami. Ogólna zależność nie ustala wartości właściwej modelowi.
| Pojęcie / wielkość | Znaczenie / zależność | Warunki / ograniczenia |
|---|---|---|
| Podatność pełzania | J(t) w Pa⁻¹ | Zdefiniowana reprezentacja przy stałym naprężeniu. |
| Moduł relaksacji | Erel(t) w Pa | Zdefiniowana reprezentacja przy stałym odkształceniu. |
| Lepkość tłumika | η w Pa s | Parametr podanego modelu idealnego. |
| Czas Maxwella | τ = η/E in s | Nie jest wielkością opisującą okres użytkowania. |
| Zmęczenie | Historia cykli obciążenia | Różni się od elementarnych warunków obciążenia długotrwałego. |
Pytania techniczne.
Czy pełzanie i relaksacja oznaczają ten sam narzucony warunek?
Nie. W jednym z podanych przypadków idealnych ustala się naprężenie, a w drugim odkształcenie.
Czy stała siła zawsze oznacza stałe naprężenie lokalne?
Nie. Geometria i rozkład naprężeń mogą się zmieniać.
Czy τ opisuje trwałość łopaty?
Nie. Jest to skala czasu w wybranym modelu konstytutywnym.
Czy każdy kompozyt opisuje jeden element Maxwella?
Nie. Potrzebne mogą być inne modele i mechanizmy materiałowe.
Czy każde odkształcenie zależne od czasu dowodzi uszkodzenia?
Nie. Mechanizm odpowiedzi i odwracalność zależą od modelu i materiału.
Czy wartości z przykładu dziesięciosekundowego są właściwościami MARSTON?
Nie. Są to wartości założone do zilustrowania idealnej relaksacji.
Zapytanie techniczne
Omów zagadnienie techniczne.
Materiał zależny od czasu może nadal odkształcać się przy niezmiennym naprężeniu lub zmniejszać naprężenie przy ustalonym odkształceniu. Prześlij model oraz odpowiednie informacje eksploatacyjne lub projektowe do konsultacji inżynierskiej.