4.3.5 滞后现象
卸载负荷时曲线如图4.11,他不会沿着加载曲线,在第十循环中可以清晰的观察到。两曲线间的部分表示损耗的热能。关于两负荷循环的例子如图2.15。尽管普通用工业绳子一般不会出现问题,但是在某些应用中,热效应影响还是很大的,特别是大范围张力下的相对快速的负荷循环。这在2.5.5节中给予了详细的论述。
4.3.6术语
一些关于伸长性能有用名词:
1 拉力(负荷)- 实际施加的力,牛顿力或英镑 2 断裂强度百分数 - 张力/断裂负荷×100 3 应力 - 张力/纤维面积
4 比应力 - 张力/线密度
对于轴向拉伸,各种术语容易混淆而且通常不会经常用到。一些常用名词如下: 1 拉伸 - 伸长的性能
2 弹性 - 当卸载时,伸长的回复能力
3 伸长率 - 长度方向的增加百分率(伸长、测试长度×100)
4 应变 - 在一定张力下的,在长度方向上的分数增加(弹性变形/测试长度) 5 轴向刚度 - 张力/应变
6 模量(面积) - 轴向线密度/纤维面积,也就是应力/应变 7 比应力(重量)- 比应力/应变
8 弹性模量 - 再进行循环负荷实验时,稳定结构绳子的轴向刚度
想要了解更多关于怎样应用有关伸长性能的术语,请参考第五章-绳子的机械性能。很多术语可以在文献中查到或者被用来进行分析特殊的测试项目。在使用时,确定其条件和单位是非常重要的。
4.3.7 纤维类绳子的伸长
图4.12是某种稳定绳子从松弛状态下进行单负荷循环拉伸时的负荷 - 伸长性能。从图4.12得出,在50%断裂强力下,芳纶纤维和HMPE绳子的伸长大约是钢丝绳结构的两倍,涤纶类绳子的伸长大约是芳纶类和HMPE两倍,而尼龙类的大约又是涤纶类的两倍。对比钢丝
绳和尼龙类,两者的变异比值大约为12:1。当伸长在应用中是一个重要的参数时,以上所述给出了所用绳子性能的一个相对范围。
在断裂负荷下的伸长大约是图4.2中的两倍。实际应用中,超过50%的绳子断裂负荷没有被用到,特别像登山绳,例如有些仅用一次就报废了。
关于稳定绳子一些绳索商在他们的刊物中所发布的数据,是其断裂强度的20%或30%。然而大多数情况下绳索制造商的所发的刊物仅仅只表明了断裂强度,而这多见于新型绳子中;这大都没什么用处。其他负载水平下的伸长数据通常是根据要求提供的。在选择测试式样的冲击试验仪器时,必须保证式样达到断裂强度时的伸长,一定要比仪器的最大测试伸长量小。
由于非线性和粘弹性因素的影响,稳定绳子的模量并不是恒定的。当绳子的应用的条件十分苛刻时,模量是一个重要的参数,而且必须得到能代表操作环境的数据。5.12节介绍了轴向刚度的力学性能。例如,图5.2(a)、(b),是关于深海用绳子的伸长数据,这被用来精确的确定特殊环境下绳子的模量。
4.3.8计算断裂负荷和伸长
假定已得到特定尺寸下的特定稳定绳子的断裂强度百分比关于伸长百分比的曲线图。这可被用来估计其他尺寸绳子的相关数据(见图4.12)。
如果绳子的工作负荷已被确定(已考虑应用环境)并且设计因子(安全因子)已经选择,
那么就可以计算其断裂负荷。
需要断裂负荷=工作负荷×设计因子 [4.12] 在工作负荷时的断裂强度(%)=100/设计因子 [4.13] 伸长(%)--查百分断裂强度下的表 [4.14] 总伸长=伸长(%)×绳子的长度/100 [4.15] 如果要求得到特定负荷下的伸长,那么下列计算可以被用到: 较高伸长(%)--查较高负荷下的表
较低伸长(%)--查较低负荷下的伸长
长度=伸长×100/[较高伸长(%)-较低伸长(%)] [4.16] 4.3.9结构对伸长的影响
不同结构绳子的伸长性能可以由图4.13说明。对双股尼龙绳和八股尼龙绳进行比较。两者都是普通用绳且公称直径都为64mm。64mm双股绳的线密度是2.8kg/m,然而八股绳的却为2.6kg/m,这是由于其较低的纤维密度。基于此,制作第二种八股绳,使其线密度和双股绳相同。
较大的密度,子股的较低的捻度和较低的螺旋角使双股绳的在相同负荷下的伸长较低。 图4.13是不稳定式样的测试结果:
同等尺寸下的强力 双股绳 – 104000kgf 八股绳 – 72000kgf 同等重量下的强力 双股绳 – 104000kgf 八股绳 – 81000kgf 同等尺寸下的伸长 双股绳 – 30% 八股绳 – 45% 同等重量下的伸长 双股绳 – 30% 八股绳 – 45% 八股绳的伸长要比双股绳高大约15%(45-30绝对量),50%(15/30相对量)。注意大多数的不同发生在低负荷的情况下。 图4.14 是稳定样品的测试结果:
同等尺寸下的强力 双股绳 – 10400kgf 八股绳 – 72000kgf 同等重量下的重量 双股绳 – 10400kgf 八股绳 – 81000kgf 同等尺寸下的伸长 双股绳 – 25% 八股绳 – 36% 同等重量下的伸长 双股绳 – 25% 八股绳 – 36%
相同重量下伸长的不同从15%降低到了8%(33-25绝对量),50%降低到了32(8/25相对量)。
4.3.10 数据比较
表4.5列出了各种普通用商业用绳的伸长性能。表4.6给出了高模量和特殊结构的涤纶