循环负荷对伸长有很大的影响。尼龙在干、湿条件下性能的不同,这使其非常有趣。图4.8描述了对图4.7中样品施加循环负荷后的负荷-伸长曲线。在25%负荷水平下,经循环负荷后,干燥样品的伸长率从12.5%降到了8.0%,湿样品从21%降到了14%。
图4.9揭示了大多数人造纤维类绳子在施加循环负荷时的反应和性能。样品从A点拉伸至B点。再解除负荷达到C点,从图中很容易观察到他在A点的右边。另一个循环,拉伸至D,并且解除负荷,伸长达到E点,他与C点十分接近。十五个循环后,循环曲线间就十分接近了。第十循环G-F时,绳子的变形十分充分。图4.5描述了预加张力的影响。 当拉伸循环进行时,绳子的轴向刚度将逐步增加。因为其影响因素很多,像纤维材料、结构、负荷、循环数、加载速率、蠕变、内部纤维的断裂、污渍和外部磨损,所以这种效应很难预测。然而,如果绳子在使用时十分小心,且在要求条件下,并在适当的时间废弃,那么纤维类绳子的伸长和在短时间断裂的伸长是一样的。 4.3.2 轴向刚度和模量
谨慎的使用决定了绳子的模量为应力应变曲线的斜率,单位是GPa(比模量时为N/tex),刚度为拉伸应变。很多工程师喜欢用这种方式。另外,也可用断裂负荷百分率与断裂伸长率曲线的斜率来表达,如图4.10。小数和百分数和一些单元会用此类方式描述。非线性的情况也需考虑在内。
对于手算,最好的方法是直接从图中读取数据。特定长度的特定绳子伸长的计算方法会在4.3.8节中详细描述。
对于计算机或者一般的数学模型,在任何负荷下,轴向的刚度可以用曲线的斜率进行量化。所有的长度必须在参考应力下测定,如在图4.10中虚线所示。当相对线性时可用直线进行近似表示。切线模量是每点的斜率,像B点。割线模量是直线的斜率像直线AB、BC。 B点的切线模量为dc/ac。割线(AB)的斜率为Bb/Ab。其他的近似计算可以覆盖特定的工作负荷范围。对于非线性的情况分析可以运用弧线拼接的方法。对于计算机模型,曲线可以用特定系数的多项式来表示。
4.3.3伸长包含的元素
伸长一般要包括三个元素,一个是当负荷开始被施加到一段原先没有被拉伸过的绳子上时的伸长,再是撤掉负荷时的伸长,最后是再次施加负荷时的伸长。这个过程代表了一个磨合过程,在此过程中固定伸长被消除;这被称作稳定过程。图4.11是此过程的示意图。 伸长变形的元素: 1 急弹性变形- 当力去除后,可以瞬间恢复。
2 缓弹性变形- 在一定时间内可以恢复一部分形变量
3 塑性变形- 由于结构的变化和纤维的塑性变形使伸长不可恢复。
在图4.11中,十个循环后,负荷解除,力立即达到参考负荷。第十循环的伸长可认为是急弹性变形,从中可确定弹性模量和刚度,如图4.10所示。
如果以前张紧的绳子完全解除负荷,那么它将继续发生收缩,直到几个小时后达到平衡,有的情况要用一天的时间才能达到平衡。这种伸长定义为可恢复伸长;不过在其他文献中也会有其他的命名,包括粘弹性变形和迟滞变形,不过前者是合适的,后者却不合适。 残留的变形是不能恢复的。这是由拉伸后绳子的致密结构和纤维的塑性变形引起的。这种变形称之为塑性变形或永久变形。
稳定且完全松弛下的绳子,对其施加第一次循环载荷时,会产生一个比弹性模量小的模量,但是随着负荷的往复作用,模量会慢慢接近弹性模量。在图4.11中,第一循环的起始点是回复变形的左端点。但是这也取决于负荷和参与稳定结构的张力。 4.3.4 稳定性
在CI 1500标准中,提供了有关稳定性的参数,这会在第十章中论述。简单的说,在十个负荷循环中会用到20%或50%的断裂强力。普通用绳子用20%的水平,因为它的工作载荷不会超过这个水平。而要得到最大的稳定性则要用50%的水平。经验得出十个循环已经足够了,但是一些标准要需要更大的负荷。