Halmaz, fázis, fizikai állapot

Deformáció és törés

z Bevezetés

z Állapotok – halmaz – fázis – fizikai

z Folyás, viszkozitás – idő- és nyírásfüggés – tényezők

z Elasztikus deformáció – analógiák

– modellek

z Üveges és kristályos anyagok deformációja

– kényszerelasztikus deformáció – tényezők

z Törés, ütésállóság – törés típusai

– lineáris törésmechanika – ütésállóság

Bevezetés

z Hajlékony lánc, kölcsönhatások, szerkezet

z Kölcsönhatások és belső energia – állapotok

z Fizikai állapotok, átmenetek – feldolgozás, felhasználás

z Összetett deformáció, párhuzamos mechanizmusok

z Törés – gyakorlati jelentőség

Halmaz, fázis, fizikai állapot

z Halmazállapot: gáz, folyadék, szilsziláárdrd

z Fázisállapot: kristályos, amorf – rendezettség

z Fizikai állapot – ömledék

– nagyrugalmas – üveges

Halmaz, fázis, fizikai állapot

Termomechanikai görbe

ömledék nagyrugalmas

üveges

T_f T_g

Deformáció (%)

Hőmérséklet (°C)

Amorf polimer

Amorf polimer −− jellemzőjellemző hőhőmméérsrsééklet: Tklet: T_gg

Halmaz, fázis, fizikai állapot

Termomechanikai görbe

T_m T_g

ömledék

nagyrugalmas üveges+

kristályos+

kristályos

Deformáció (%)

Hőmérséklet (°C)

Krist

Kristáályos polimer lyos polimer −− jellemzőjellemző hőhőmméérsrsééklet: klet: TT_mm

Halmaz, fázis, fizikai állapot

Összefüggések

Fizikai állapot Fázisállapot

Halmazállapot

Kristályos Amorf

Szilárd Folyadék

Gáz

Üveges Nagyrugalmas

Ömledék

Folyás, viszkozitás

Mechanizmus

Folyási egység:

szegmens szegmens

∆H

∆H₁

diffúzió folyás

Folyás, viszkozitás

Időfüggés

z Viszkoelasztikus hatások

z Szerkezeti hatás

− newtoni folyadék

− tixotróp anyag

− reopektikus folyadék

reopektikus

tixotrop newtoni

Viszkozitás (Pas)

Idő (min)

Folyás, viszkozitás

Nyírásfüggés

z newtoni folyadékok

z Bingham testek

z dilatáns folyadékok

zz pszeudoplasztikus pszeudoplasztikus anyagok

anyagok

pszeudoplasztikus dilatáns

binghami newtoni

Nyírófeszültség (Pa)

Nyírássebesség (1/s)

Folyás, viszkozitás

Jellemzők

z helyváltoztatás

z konformációváltozás, orientorientáácicióó

z szerkezeti hatások, fizikai tfizikai téérhrháállóó

időidőffüüggggééss nyínyírráásfsfüüggggééss

γ

τ, _&

γ

τ, _&

Folyás, viszkozitás

Meghatározó tényezők − ny ny í í r r á á s s

η η₀

teljes orientáció

gyakorlat newtoni viszkozitás

lg[viszkozitás, η a (Pas)]

lg[nyírássebesség (1/s)]

k γ

τ = _&

Folyás, viszkozitás

Meghatározó tényezők

z Molekulatömeg

z Hőmérséklet

z Nyomás

z Egyéb

− nyírási folyás

− degradáció, térhálósodás

− adalékok

η

T R

E

e A

∆

η =

( )

0 2

0 1

0

log C T T

T T

C

− +

− −

η =

η

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

= ⎛

Vf

V Aexp B ⁰

η

Folyás, viszkozitás

Folyási anomáliák; mérés

z Folyási anomáliák

− reológiai duzzadás

− rugalmas turbulencia

z Reológiai jellemzők mérése

− kapilláris viszkoziméterek

− rotációs viszkoziméterek

− plasztográf

kapilláris

polimer reológiai duzzadás

ömledéktörés

Elasztikus deformáció

Kinetika - fenomenológiai modellek

Ideális testek

z Hooke rugalmas

z Ideálisan viszkózus (nevtoni)

z Polimerek: az elemek kombinaz elemek kombináácicióójaja

ε σ = E

d t

d γ

η

τ =

Elasztikus deformáció

Fenomenológiai modellek

z Maxwell modell − feszültség relaxáció

z Állandó nyújtás

z Azonos feszültség d 0

d +

σ

η σ

t

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛−

= E t

σ η

σ

Feszültség (MPa)

Idő (perc) E

η σ₀

Elasztikus deformáció

Fenomenológiai modellek

z Voit-Kelvin modell − kúszás

z Állandó feszültség

z Azonos nyúlás

η ε σ

η

ε

d

d + E =

t

⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ ⎟⎟

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛−

−

= E t

E⁰ 1 exp

η ε σ

Deformáció (%)

Idő (perc) E η

t₁ ε₁

Elasztikus deformáció

Fenomenológiai modellek

z Burgers modell

z Állandó feszültség

zz A polimerek deformA polimerek deformáácici-- ójójáának nak öösszes sszes jellegze-jellegze- tesstessééggéétt mutatja.mutatja

z Relaxációs idők

z Általánosított modellek

z Formai leírás

folyás

maradó deformáció rugalmas

deformáció

Deformáció (%)

Idő (perc) E₁

E₂

η₁

η₂

Elasztikus deformáció

Rugalmas hiszterézis, veszteség

Feszültség

Deformáció

ε₁

σ₁ disszipáció

maradó alakváltozá

s

Abroncsok meleged

Abroncsok melegedéése, se, éélettartamlettartam

Elasztikus deformáció

Periodikus igénybevétel, fáziskésés

feszültség

deformáció

( )

( )

( )

E E

′

= ′′

tg

δ

Komplex modulus Komplex modulus

Elasztikus deformáció

Hőmérséklet−idő szuperpozíció

( )

0 2

0

log 1

T T

C

T T

a_T C

− +

= −

( )

r r T

T

T t

a t

τ logτ log

log = =

IdIdőők viszonya, k viszonya, relat

relatíív viselkedv viselkedéés.s.

Üveges és kristályos anyagok

Nyakképződés

z Különböző mechanizmus

z Amorf: molekulakötegek elcsúszása.

z Kristályos: a szerkezet átalakulása.

z Kémiai szerkezet és hőmérséklet hatása.

Üveges és kristályos anyagok

Kényszerelasztikus deformáció

σ_y

T₀ > T_g

T₁ > T₂ > T₃ > T₄ > T₅

T₀ T₁

T₂ T₃ T₄

T₅

Feszültség (MPa)

Deformáció (%)

Konform

Konformáácicióóvvááltozltozááss

Törés, ütésállóság

Hibahely; szabványos módszerek

z Hibahely

z Feszültségkoncentráció

z Modellezés: bemetszés

z Szabványos módszerek

z Méretfüggő értékek

B a D

L Izod

Charpy

Törés, ütésállóság

Törési típusok

-10 0 10 20 30 40 50 60

5 msec képlékeny

szívós rideg

Idő (msec)

Erő (N)

KKüüllöönbnböözzőő mméértrtéékkűű plasztikus deformplasztikus deformáácicióó

Törés, ütésállóság

A törési ellenállás jellemzése – törésmechanika

z Kritikus feszültségkoncentráció

z Kritikus törési energia

z Összefüggés

z Minimális méretek

4 7 10 13 16

0 50 100 150 200 250 300

Energia (mJ)

BDφ (mm²)

2 /

a1

Y K_Ic =

σ

GIc

D B U

U = ₀ +

φ

2 2

1−

ν

= ^Ic

Ic

G K E

( )

2

5 . 2 ,

, ⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

> ⎛

−

y

KIc

a D

a

B

σ

Törés, ütésállóság

Gyakorlati szempontok, fejlesztés

0 1 2 3 4 5

0 10 20 30 40

Ütésállóság (kJ/m2 )

Modulus (GPa)

Ellent

Ellentéétes szempontok, optimaliztes szempontok, optimalizáálláás s -- szerkezetszerkezet

Összefoglalás

Az állapotok és a deformációs módok kapcsolata

Entrópiarugalmas Entrópiarugalmas Rugalmas

Deformáció

Nagyrugalmas Üveges Ömledék

Plasztikus

Fizikai állapot