Результаты опытов

Результаты опытов

Данные измерения прочности. Результаты экспериментального определения прочности представлены в виде зависимости модуля разрыва отдельных образцов от содержания волокон во льду (в вес. %). Значения для чистого льда хорошо согласуются с результатами, полученными ранее.

Поверхности образцов. Поверхности некоторых образцов в начале работ подвергались только очень грубой обработке (без выравнивания и шлифовки); как видно, прочность таких образцов была самой маленькой по сравнению с остальными. Во всех последующих испытаниях поверхности образцов выравнивались и шлифовались.

Чтобы убедиться, что поверхности образцов выравниваются достаточно тщательно и что при их выпиливании во льду не возникает существенных для результатов испытаний трещин, были проведены три разных опыта. Один комплект образцов, приготовленных из армированного асбестом льда, был разделен на две части; половина образцов была разрушена в том виде, какой они имели сразу после изготовления (обычным способом). Вторая половина была нагрета до температуры, близкой к точке плавления льда, отшлифована вручную и затем снова заморожена до -20° С. Сколько-нибудь существенной разницы при испытаниях образцов из обеих групп не обнаружилось. После того была подвергнута специальному испытанию серия образцов льда, содержащего 11 вес. % длинного древесного волокна; в одном из этих испытаний (оба на растяжение) на поверхности образцов делался надрез; в другом образцы испытывались в том виде, в каком они были изготовлены. В обоих случаях прочность была примерно одинаковой. Другая серия образцов (9 вес. % дерева) была испытана через разные промежутки времени после надпила поверхности. Некоторые образцы были подвергнуты испытанию сразу после изготовления и надпила, остальные – через 1 час и более. В последнем случае надпил мог зарубцеваться за счет поверхностной диффузии. Тем не менее заметной связи между прочностью и временем выдержки после надпила (искусственная трещина) не обнаружено.

По результатам этих испытаний был сделан вывод о том, что обработка поверхности на глаз удовлетворяла условиям проведения опытов.

Смешивание и приготовление образцов. Методика перемешивания смеси и отливки образца разрабатывалась с учетом влияния неоднородности материала на его прочность. Перемешивание (воды и наполнителя) проводилось двумя способами: а) ручной мешалкой, в контейнере или в форме (для отливки); б) в смесителе, использующемся для обработки смесей для изготовления фаянсовой (или глиняной) посуды. После смешения составы взбалтывались (а в некоторых случаях нагревались до кипения), чтобы по возможности избавиться от воздушных пузырьков.

При малом количестве волокон в смеси приходилось внимательно следить за равномерностью их распределения по всему объему сосуда. При высокой концентрации наполнителя вязкость смеси была достаточно велика, что затрудняло удаление воздушных пузырьков. Поэтому смеси приготавливали в небольшом количестве. В результате форму приходилось наполнять в несколько приемов; при этом вначале образовывалась водная пленка между разными порциями заложенной в форму смеси; после замерзания эта пленка представляла ослабленный слой, по которому и происходило разрушение образца. Прочность такого льда была невелика. Чтобы исключить это явление, залитую в форму смесь перемешивали (от руки): тогда состав в форме становился однородным и лед получался одинаково высокой прочности.

Эти наблюдения показывают, что концентрацию наполнителя нельзя увеличивать чрезмерно. В некоторых случаях (например, при содержании 22% асбестовых волокон) концентрация состава была настолько велика, что полностью удалить пузырьки воздуха вообще не удавалось. Для хаотической смеси воды с древесной стружкой или с бумажной пульпой пространство внутри волокон чрезвычайно велико; верхний предел — около 15% (если не было сжатия смеси во время замерзания). При заполнении формы порциями смеси с большой вязкостью ее необходимо энергично примешивать, чтобы удалить пузырьки Воздуха и добиться равномерного распределения волокон по всему объему формы. Наконец, следует отметить, что перемешивание с высокой скоростью (в специальном приборе) дает более однородный состав смеси (как наблюдалось на примере армирования бумажной пульпой и асбестовыми волокнами) и как следствие этого более высокую прочность армированного льда, чем перемешивание ручной мешалкой.

На нижней поверхности образцов, приготовленных из чистого льда или с небольшим количеством наполнителя, в момент извлечения образца из формы, наблюдалось большое количество мелких трещин. В других образцах такие трещины были обнаружены на верхней поверхности. По-видимому, это происходило за счет термических напряжений, возникавших во льду (прочность которого при малом количестве наполнителя была недостаточной, чтобы им противостоять) в момент извлечения его из формы. Однако из куска льда (армированного, например, стекловолокном), на поверхности которого при извлечении из формы имелись трещины, все же можно было вырезать образец для проведения испытаний. Примененная нами методика приготовления образцов требует, чтобы прочность льда была около фунт/кв. дюйм; только в этом случае он может противостоять появлению термических трещин.

Характер разрушения. При разрушении образцов льда, прочность которого была увеличена в 2 раза добавлением в него различных волокон, вначале в них возникали трещины; однако для полного разрушения образца после появления трещин в некоторых случаях требовалось приложить довольно значительную нагрузку. Некоторые типичные зависимости, характеризующие связь напряжения с деформацией. Максимальная нагрузка, которую может выдержать лед, содержащий 6% бумажной пульпы, примерно на 20% превышает нагрузку, при которой возникают существенные отклонения от чисто упругой деформации. После того как во льду появляются первые трещины (этот момент отмечен кружками), нагрузка на образец продолжает возрастать; процесс окончательного разрушения образца характеризуется пилообразными участками кривых; при этом величина нагрузки (в среднем) остается постоянной. В образце, содержащем 11% древесного волокна, до момента появления трещин заметных отклонений от упругого характера деформации не наблюдается, однако для окончательного разрушения в этом случае требуется значительно большая нагрузка.

Появление трещин, резкие падения нагрузки и отклонения от упругой деформации — все это подтверждает сделанные ранее выводы о том, что ледяная матрица растрескивается при значительно меньшем усилии, чем необходимое для полного разрушения хорошо армированного состава.

Читайте так же:

Комментарии запрещены.