Алексей Сергеевич Куркин
Alexey S. Kurkin
Александр Сергеевич Киселев
Alexander S. Kiselev
Представлены результаты исследования ползучести полиметилметакрилата (ПММА) при циклической нагрузке. Проанализировано вязкоупругое поведение ПММА при нормальных условиях эксплуатации, до начала процессов повреждения материала. Ползучесть при непрерывном деформировании представляет собой суперпозицию двух процессов: ускорения ползучести вследствие роста напряжения и ее замедления с течением времени. При мгновенном росте нагрузки действует только первый процесс, а при выдержке под постоянной нагрузкой — только второй. Для каждого из них получены уравнения состояния вязкоупругости, связывающие ускорение вязкой деформации со скоростями упругой и вязкой деформации и с текущим уровнем упругой деформации. Эти уравнения применимы в диапазоне напряжений от предела ползучести до предела вынужденной эластичности, а также при возврате после полной разгрузки. Поскольку в уравнения не входят в явном виде время и накопленная вязкая деформация, они могут быть использованы для процесса с произвольным законом роста деформации или напряжения. По результатам циклических испытаний с различными скоростями деформации на этапах нагрузки и разгрузки получены уравнения состояния для различных сочетаний величин и направлений скоростей упругой и вязкой деформаций. Эти уравнения применены для моделирования вязкой деформации ПММА по заданному закону изменения упругой деформации. Сопоставление с экспериментом подтвердило высокую точность моделирования. Выявлен ряд последовательных стадий вязкоупругой деформации в зависимости от уровня нагрузки: упругая (при напряжении ниже предела ползучести); мгновенно вязкая; вязкая; вязкопластическая. На первой стадии вязкая деформация не растет, на второй — растет только при увеличении нагрузки, на третьей — растет также при выдержке. При выходе на вязкопластическую стадию происходит накопление необратимой деформации, которая сохраняется после завершения возврата.
The results of a study of the creep of polymethyl methacrylate (PMMA) under cyclic loading are presented. The viscoelastic behavior of PMMA was analyzed under normal operating conditions, before the onset of material damage processes. Creep during continuous deformation is a superposition of two processes: the creep acceleration due to a stress increase and its deceleration over time. During an instantaneous increase of load, only the first process takes place, and during an exposure under constant load, only the second. For each of them, equations of state for viscoelasticity are obtained that relate the acceleration of viscous deformation to the rates of elastic and viscous deformation and to the current level of elastic deformation. These equations are applicable in the stress range from the creep limit to the forced elastic limit, as well as during recovery after complete unloading. Since the equations do not explicitly include time and accumulated viscous strain, they can be used for a process with an arbitrary law of growth of strain or stress. Based on the results of cyclic tests with different rates of deformation at the stages of loading and unloading, equations of state were obtained for various combinations of values and directions of rates of elastic and viscous deformation. These equations were used to model the viscous deformation of PMMA according to a given law of the elastic deformation change. Comparison with experiment confirmed the high accuracy of the modelling. A number of successive stages of viscoelastic deformation have been identified depending on the load level: elastic at stress below the creep limit, instantaneously viscous, viscous and viscoplastic. At the first stage, viscous deformation does not increase, at the second stage it increases only with increasing load, at the third stage it also increases during the holding. When reaching the viscoplastic stage, irreversible deformation accumulates, which persists after the return is completed.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.