损坏(见地9章)。
4 强力的损失率在很大程度上依赖于负荷水平和负荷范围。绳子在每个拉伸循环中的最坏的情况是完全或接近完全空载(断裂强力的0%-5%)。
含纤维防水润滑剂的50mm直径的涤纶双编绳在湿环境下进行测试,在其断裂强度的15%-30%间进行拉伸,200000个循环后,式样的强度增加了10%;且没有发现长丝发生断裂的明显证据(麦凯纳,1983)。相同式样在1%-30%断裂强度下测量;200000循环后长丝明显发生断裂;1000000循环后,断裂长丝形成的毛绒表面几乎遮盖了绳子的编织结构。在此点结束测试;绳子的残余强力是其断裂强力的65%,其伸长大约是40%,比绳子经几个循环后的伸长要低。
用测试的方法来确定拉伸疲劳性能是很有限的。存在的问题是,由于所公布的测试条件的多种多样,造成他很难被量化。一般情况下绳子是由于末端摩擦在发生断裂的,这被称之为绳子的断裂;注意保护或者良好的末端处理可以得到不同的结果。
例如,如图4.19所示为麦肯纳(1983)所收集的关于双股和八股湿尼龙和涤纶绳的测试数据。图4.20也提供了类似的数据。
平行股线涤纶或电线型结构的绳子,特别像用于漂浮的石油钻井平台设备的产品,其与钢丝绳的拉伸疲劳性能进行比较后的的数据列于表4.21和4.22。从中可以看出涤纶绳的性能要大大优于钢丝绳。
过度用绳子的残余强力的测试或在足够时间后造成长丝完全断裂的拉伸循环测试容易造成误导。基于残余应力测试,在一段时间后,绳子可以保持相对数量的强力,但是研究发现再施加少量次数的测试循环,会很快发生破坏和崩溃。这是因为破坏的纤维会对其他纤维施加更大的应力;绳子的结构也变得不稳定;继而剩余组分由于过载而发生拉伸和蠕变破坏。而由于强力的快速下降导致了老化速度加快。
关于疲劳破坏的描述和相关图片以及由于内股线间的摩擦造成的强力的明显降低现象可在9.7.4节找到。 4.5.3 蠕变和蠕变破坏
纤维的蠕变可以是可恢复的(初始蠕变),也可以是不可恢复的(次生蠕变)。而后者是与纤维的疲劳破坏相关的。曼德尔(1987)的实验(5.7.2节)表明,进行循环负荷实验时,如果连续的施加最大负荷,则蠕变效应是不变的。只有当达到材料的蠕变限定点时,才会发生蠕变破坏。
低速率加载时引起的蠕变,导致了强力在开始时会有一段增加,这是由纱线和股线对力的分担能力的提高引起的。并且如果力是持续且稳定的,那么这也会导致蠕变率的降低,这是因为更多的纤维参与了力的分担。然而,当绳子中的组分开始发生断裂时,就会发生相反的现象;在此现象发生前,其强力是保持在一个相对高的状态下,但是当力转移到其他未断裂的组分时,破坏还是将会快速发生,这进一步增加了它的蠕变率。蠕变将会最终导致断裂的发生。图4.23是湿尼龙纤维和纱线的蠕变破坏数据。当在50%负荷水平下,它将会在不到一天的时间内发生破坏。尼龙6纤维的蠕变率要比尼龙6.6低。
断裂强力下的伸长的降低也会伴随着蠕变现象。当测试达到绳子的断裂伸长时,尽管在最终负荷下的伸长可能相对较大,但其在蠕变点位置处的伸长却很低。
尽管在最终强力下,与纤维相比,绳子的蠕变率较低,但是其蠕变倾向却主要取决于纤维的性能。相关于纤维蠕变性能的一些数据可在2.5.4节和表2.5和2.6中查到。
涤纶、芳纶和LPC类绳子具有较低的蠕变水平。当达到或超过50%断裂强力(除特殊应用外,这刚好超过他们的工作负荷)时,他们的蠕变量很少。在10-20%的稳定的断裂强度下,发生了1-2%的蠕变后,涤纶纤维会发生稳定作用。在图4.24和4.25中列出了,在高负荷下,涤纶和芳纶类绳子断裂时间。
丙纶也是易于发生蠕变的,所以不能长时间的对其施加高的拉力(超过其断裂强力的20%)。
HMPE类绳子也是易于发生蠕变的,所以在选择负荷水平和拉伸时间时必须考虑此因素。这类绳子被选作高性能的应用,并且十分昂贵,但是必须不能长时间的超载。由于纤维种类的不同,特别是绳子结构的差异造成了具体的蠕变数据很难得到量化。因为绳子的蠕变量通常比纤维的低,所以最好先从纤维开始量化。
由于绳子结构造成的固定伸长不被认为是蠕变(4.3.3节和图4.11)。 4.5.4 松弛
蠕变的一个补充是应力松弛。如果绳子加载到一定负荷水平,蠕变发生,而当长度保持不变时,应力将会持续降低。当应力降低时,松弛率也会降低。在静态应用环境(绳子在两固定点间拉伸时)下对此概念的理解是必须的。