Влияние циклического нагружения на массобменные процессы в окрестности жесткого включения

А.В. Черепанов (Пермь)

Эластомерные материалы могут впитывать большое количество газа, который оказывает серьезное влияние на свойства материала. Материал создается под действием высокого давления и под давлением насыщается газом. После изготовления давление резко сбрасывается, теряется совместимость эластомера с растворенным газом, и газ начинает выходить как во внешнюю среду, так и в имеющиеся микродефекты. Эти эффекты ранее подробно исследовались нами. Однако реальные эластомерные материалы в чистом виде практически не используются в промышленности. Для придания им нужных механических свойств эластомерные материалы смешивают с жестким наполнителем. В процессе эксплуатации матрица может отходить от включения, в результате чего в образовавшуюся вакуоль начнет выделяться растворенный в эластомере газ. В случае циклического нагружения кривая нагрузки и разгрузки могут сильно отличаться, это приведет к тому, что в условиях циклического нагружения материал в окрестности дефекта начнет нагреваться, что необходимо учитывать при изучении механических свойств материала. Целью нашей работы является анализ этих явлений в строгой термодинамической постановке.

Рассмотрена задача изменения размеров вакуоли при циклическом нагружении в наполненном газом эластомерном материале. Исследовано влияние скорости нагружения на величину раскрытия вакуоли и разогрев материала вследствие диссипативных потерь. Для описания упругих свойства полимерной сетки использован потенциал, учитывающий конечность длин полимерных цепей.

Проведенные расчеты показали, что массообменные процессы могут оказывать существенное влияние на эволюцию материала в окрестности микродефекта. При циклическом нагружении может происходить разогрев материала за счет диссипативных процессов, существуют режимы, при которых разогрев наибольший. Влияние процессов, происходящих в окрестности включения, на концентрацию газа на удалении тем больше, чем меньше скорость нагрузки.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ-Урал № 02-01-96404).