绳结的强度 - 图文(4)

2019-05-17 09:33

绳和尼龙绳的伸长数据。

从这些表中看出,给出了在断裂强度和全松弛下30%断裂负荷下的新的和断裂绳子的数据。而这些数据仅仅是合适却不精确,其浮动范围很大。特种绳子的性能取决于很多因素。例如,在开始拉伸时,低负荷下的变形很大,所以参考张力的选定是一个决定性的因素。“断裂”也是十分难确定的;CI1500标准要求为10循环时断裂强度的20%,但是大家通常用50%的断裂强度。

模量也是很难给出的,特别是当测试到断裂强度时,这是因为:

1 在常用的绳子中会用到很多种纤维材料和多种混纺产品,这涵盖了很多方面,因而很难制成表格。

2 随着加捻程度、编织角变化,模量也是不确定的 3 模量会随着应用时间和负荷水平变化而发生变化 4 加载负荷的速率也会影响模量

5 模量通常是非线性的

在静态和动态下,绳索制造商都会有可靠、全面的刚度数据。而在应用条件十分苛刻的情况下,实验室模拟或户外测试则是十分必须的。

4.4 能量吸收

绳子在拉伸时会吸收能量。这是一个很有用的性能。登山用掉落-抓捕绳就是一个很好的例子。拉伸程中力所做的功就是绳子所吸收的能量,可以用负荷伸长曲线下的面积来表示和测量。

图4.13和图4.14中的例子被一起绘于图4.15中来说明能量的吸收过程。图在加载到断裂负荷时,对64mm双股和八股尼龙绳进行了对比。结果如下:

同等尺寸下:

尼龙双股绳为10.4ton-m/m 八股绳为9.2ton-m/m 同等重量下:(通过提高重量比来提高八股绳的能量)

尼龙双股绳为10.4ton-m/m 八股绳为10.0ton-m/m

从中可以得出绳子吸收能量的能力主要决定于它的线密度和纤维类型而不是结构。双股绳伸长小但是强度高;八股绳强度低但是伸长大。直观上来说是纤维吸收了大部分的能量,组成两种相同线密度的绳子的纤维类型和质量是相同的话,那么他们拉伸中所吸收的能量也是相同的,尽管一种可能会比另一种的伸长大。

如果负荷-伸长性能用断裂强度(%)-伸长(%)来表示(如图4.12),一段绳子吸收能量的能力的计算方法如下:

-4

能量(tonne-m)=曲线下的面积×断裂强度(tonne)×长度(m)×10 [4.17] 其中曲线下的面积通过图解法或曲线匹配求得(数据用%而不是小数) 4.5 疲劳 4.5.1 综述

用中,抵抗循环负荷下持续破坏或者长时间静止负荷的能力是绳子的一个重要性能。这种性能广义上称之为“疲劳”。疲劳导致强力损失和轴向刚度的增加,在特殊应用情况下会危害产品的性能。

以下形式的疲劳都发生于纤维类绳子。

1 拉伸疲劳 2 蠕变破坏 3 迟滞热效应 4 弯曲疲劳

5 轴向压缩疲劳

6 结构疲劳、

外部机械力作用于绳子的外部结构所造成的损坏不被称之为疲劳。它包括:外部摩擦力、切割、末端磨损、外部热源、化学腐蚀和过载。

这里必须强调的是纤维疲劳是不同于金属疲劳的,而且工程师和学者们已经在此方面研究了近百年了。循环应力可以金属表面的内结晶出现裂痕,并且会在一定区域内传递直至破坏发生,但这个过程在天然或合成纤维类绳子中是不会发生。像2.5.4,2.5.5节所描述的那样,在纤维中会存在其他的疲劳机制,并且在绳子中纤维间、纱线和股线间是间断的,这意味着,老化在绳子各组分间是以一个更复杂的方式分布的。

4.5.2拉伸疲劳

绳子在循环负荷作用下会产生拉伸疲劳破坏。当绳子在合理的最大负荷下工作时,他将会被破坏,这种破坏主要是由纤维间的内摩擦造成的。对于普通用绳子,其最大的工作负荷不能超过其断裂负荷的20%,通常是刚好低于这个点,此时开始存在其他形式的疲劳因素。当操作环境被很好控制,并且所有的力学性能在一定程度上是可预测的时候,在特殊应用中,高的负荷水平将会被用到。一个例子是关于深海绳索类产品,它的平均拉伸力可以是断裂强力的40%,但由于环境因素,海浪的来回运动,所以其负荷在±10%断裂强力间浮动。大量的测试可以确保绳索的使用寿命(见1.2.3节)。

为了讨论需要,拉伸疲劳被定义为由于持续加载和卸载造成的纤维间的摩擦和长丝断裂造成的强力损失。当绳子被拉伸时,它的旋转角会发生变化。如图4.16(a)所示,两相邻组分运动到右边的位置而没有发生滑移,此过程中引入了剪切力,而且可能造成微小的破坏。如果两组分相互间发生了滑移,如图4.16(b)所示,前后的运动使长丝在此过程中发生了摩擦。在编织结构中,股线之间相互交联,他们之间会发生剪切运动,并且与组分之间相互平行的松弛结构相比,其速度要相对快些。

当尼龙纤维相互之间发生摩擦时,在长丝的表面会产生裂痕并且在10°角内传播,这可以使纤维发生很快的断裂。在涤纶长丝的表面却不会容易产生裂痕,而且他的裂痕的传播方向是沿着纤维的轴向的,导致其产生的破坏很小。图4.17描述了在低负荷和50%断裂强力间,尼龙绳在湿条件下经970个循环发生断裂的情况。连续的长丝断裂成短纤维,而这种短纤结构则导致了其强力的降低。裂纹和裂口可以在扫描电子显微镜下观察到。然而涤纶类绳子则要经过百万次的持续循环作用才能发生以上情况。污渍可以加快纤维的断裂破坏从而造成拉伸疲劳。干燥后,盐结晶在循环或者曲线加载时会造成纤维的内部破坏。图4.18是一个在此种情况下发生破坏的例子。

绳子的拉伸疲劳性能与纤维的性能有明确的关系。表2.9表明芳纶纤维所受的摩擦损害是十分严重的,但是HMPE和聚芳酯纤维是他的10倍,涤纶是他的100倍。然而,纱线的后整理对绳子的内摩擦发生率的影响是很大的。。海水整理可以使内摩擦破坏降低。

由于拉伸疲劳造成的退化取决于各种因素。在不同的条件下,量化各种绳子的性能是不可能的。作为替代,下面介绍几点建议,用来评价其性能:

1 一般用干燥尼龙绳在中等负荷水平下其性能最好。它的湿条件下的性能不高,但经过防水润滑剂整理的绳子除外。这种润滑整理也可增加他的干性能。

2 在相同的负荷条件下,与干尼龙和涤纶相比普通丙纶类绳子的性能较低。然而,新型纤维构成的绳子的性能较好;有的人表示其性能要比涤纶的高,但是目前还没有直接的证据。干燥的与润湿的丙纶绳子的性能相差不多。目前而言,还不能对丙纶类绳子进行特殊整理。

3 编织结构进过拉伸循环后可以用来解释内摩擦。然而,他的使用寿命不长且容易造成


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