Уравнения деформации полимерной сетки
Если известен высокоэластический потенциал, то из (4.33) можно найти законы деформации. Учитывая формулу (4.32) и условие несжимаемости (4.29), получим: 1 (4.34) |
h)=4r°l*i+V |
)- k)- |
A2)2 12 o(k2 |
dW • dl2 |
dW |
dli |
Выясним смысл напряжения cr3. Для этого рассмотрим случай, когда ai = a2=a3. Из уравнений (4.33) следует, что записанные здесь выражения обращаются в нуль. Учитывая (4.29), получим: h-0*/h)=0; Х2-(Х! Д2)=0, или Я32Д12=1; Л32Д22=1, т. е. X3=k2—h - Это значит, что образец не изменяет своего объема под действием всестороннего сжатия (или растяжения), а под а3 следует понимать некоторое гидростатическое давление р——сг3. По абсолютному значению в, сг2 и а3 различаются. В дальнейшем из трех напряжений в качестве а3 выберем то, которое по абсолютной величине наименьшее. Следует иметь в виду, что при всестороннем растяжении давление отрицательно. Уравнение (4.33) можно записать иначе: |
dW(l!, Х2) |
dW (l, Х2) |
i = k |
(4.35) |
■Л |
dlx * dl2 Так как условие несжимаемости уже учтено в выражении для высокоэластического потенциала, вместо (4.33) можно записать эквивалентные выражения. Запишем вначале, что |
°3 ’ |
dW (Xi, Х2, Х3)—/idXi-j-/2dX2+/3dX3 |
— dli + —- dX2 + —4. Ai K2 X3 |
dX, |
В результате получим: - i dW (Xi, X2, X3) g |
dW (li, X2, X3) # |
, аг(хь x2> x3)i —— |
dli |
^x2 |
dl* |
и вместо (4.33) |
1 ^ ■Л3 — , a2 — a3 — A2 dl$ |
dW dl2 |
dW * dXa |
% |
lit |
в компактном и более общем виде
(4.37) |
а —а — X —— X —
3/ 1 dXi 1 дХ) '
где i, Д=1, 2, 3, а аи а,-— истинные напряжения, при этом в выра - женин Для W все Хь ^2, Хз считаются независимыми переменными и в соответствии с этим берутся частные производные. Для уравнений (4.33) потенциал берется в форме (4.34), для уравнений (4.36) или (4.37)—вформе (4.32). Конечные выражения получаются одни и те же. ^
Учитывав выражение для потенциала (4.32), вместо уравнений (4.36) получйм:
(4.38) |
-a3=G (Хх-Х|); а2-а3=0 (xl —Х|).
Рассмотрим частный случай — одноосное растяжение — сжатие в направлении hen 1. Растягивающее или сжимающее напряжение в=ви а о'2=сгз=0. Кратность растяжения Х=Хь а из несжимаемости следует Х2=Хз=Х-1/2.
Сделав подстановку в уравнения (4.38), получим
a = G (X2 — X-1) (4.39)
Если X близко к единице, то в выражении Х=1+е относительное
удлинение е (или деформация) —очень малая величина. Делая под
становку и отбрасывая члены высшего порядка как исчезающе малые, получаем
о = Ее — Е (X — 1), (4.40)
где модуль E = sG. Видно, что при малых деформациях уравнение (4.39) переходит в формулу, напоминающую закон Гука для твердых тел. Другие частные случаи деформации будут рассмотрены позже при сравнении теории с экспериментом.