非ゴム材料の疲労特性とは? わかりやすく解説

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非ゴム材料の疲労特性

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/11/19 01:18 UTC 版)

重合体」の記事における「非ゴム材料の疲労特性」の解説

ポリマーを含む固体材料はひずみを繰り返し長時間与えられるといずれ破壊される。この現象疲労という。ポリマーはひずみを与えられる内部発熱生じ動的粘弾性変化させる動的粘弾性急激な変化疲労破壊とその直前観察されるポリマーにひずみ(引張圧縮)を繰り返し与えると、引張貯蔵弾性率 E′、損失正接 tan δ および表面温度上昇量 θ(表面温度周囲温度の差)は時間との関数曲線を示す。ひずみの振幅小さい、周囲温度が低い、または周囲への放熱良好な場合脆性破壊が起こる。疲労開始初期表面温度定常温度まで増加し以降、θ は脆性破壊まで一定の値を保つ。E′ と tan δ は破壊直前までは一定で、直前で E′ は急上昇して極大を、tan δ は急減少して極小を示す。その後僅かな時間で E′ は極大値から急減少し、tan δ は極小値から急上昇してポリマー脆性破壊される。この過程大部分は、クラック巨視的に成長していない段階で進む。クラック成長は E′ の極大直後から始まり脆性破壊までの僅かな時間急激に起こる。この E′ の極大化tan δ の極小化高分子局所的な配向、あるいは物理的劣化対応している考えられている。 ひずみの振幅大きい、周囲温度が高い、またはポリマー断熱環境にある場合延性破壊が起こる。延性破壊では破断面の塑性変形顕著である。破壊まで E′ は減少しtan δ と θ は増加するポリマー延性破壊ポリマー内部温度上昇起因する考えられている。 主分散温度室温より 2040 K ほどであるポリマー場合延性破壊原因となる条件与えられると、表面温度が主分散となったときにポリマー著しく軟化し破壊される。この現象を熱破壊と呼ぶ。 単純引張疲労 単純引張または圧縮場合引張軸から45度方向の面に最も大きな負荷生じる。比較的強い(粘りのある)ポリマー引張破断面は45度となるか、最大主応力最大剪断応力の比が二倍となり破断面は直角となる。脆いポリマーでは引張破断面は引っ張り軸から垂直になる圧縮場合最大主応力最大剪断応力の比が二倍となり、圧縮破断面は軸と平行に生じる。 V字切り込みがある丸棒引張り加えた場合切り込み方向軸方向円周方向それぞれ応力生じる。それに加えて最大剪断応力切り込みの谷先端部から棒内部進行する単純捻り疲労 単純捻り場合、軸に直角または平行な面上最大剪断応力生じ、軸と45度をなす面上において直角な引張応力圧縮応力が働く。脆いポリマーでは主応力と直角方向(軸と45度方向)に破断面が生じる。一方粘りのある材料では最大剪断応力方向(軸と直角方向)に破断する一般的に剪断方向への破断が多い。 単純曲げ疲労 単純曲げでは、軸上の引張側に最大主応力生じ破断面はこの主応力に直角である。ただし、軸の引張側の表面では応力は単純引張と同じ状態となり、同様の形態破壊が起こる。

※この「非ゴム材料の疲労特性」の解説は、「重合体」の解説の一部です。
「非ゴム材料の疲労特性」を含む「重合体」の記事については、「重合体」の概要を参照ください。

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