ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ ТКАНЕЙ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ЭЛАСТИЧНЫХ РУКАВОВ

АННОТАЦИЯ

Изучена разрывная нагрузка, удлинение при раврыве и модуль эластичности образцов тканей, используемых для эластичных спасательных рукавов. Результаты проведённых испытаний приведены в виде таблиц и диаграмм.

ABSTRACT

The breaking load, elongation at break and modulus of elasticity of tissue samples used for elastic rescue hoses were studied. The results of the tests are presented in the form of tables and diagrams.

Ключевые слова: эластичный спасательный рукав, ткань, модуль эластичности, деформация, удлинение при разрыве, закон Гука, эластическая деформация, модуль Юнга.

Keywords: elastic rescue sleeve, fabric, modulus of elasticity, deformation, elongation at break, Hooke's law, elastic deformation, Young's modulus.

Введение. Одним из основных показателей эластичных спасательных рукавов, используемых при эвакуации людей из многоэтажных зданий в чрезвычайных ситуациях является скорость спуска. Скорость спуска зависит от модуля эластичности ткани спасательного рукава. В работе приведены результаты изучения разрывной нагрузки, удлинения при разрыве и модуля эластичности образцов тканей для спасательных рукавов.

Механические свойства текстильных тканей показывают их реакцию на действие различных сил. Эти силы могут быть различными по величине, направлению и характеру воздействия, действовать однократно или многократно.  В результате в текстильных тканях возникают деформации изгиба, удлинения, скручивания и т. д.

Экспериментальная часть. Эластичный слой спасательного рукава в основном деформируется в направлении утка. Поэтому целесообразно анализировать  образцы тканей в направлении утка. Образцы испытывались по ГОСТ 29104.4-91 в виде прямоугольника шириной 50 мм и длиной 200 мм, т. е. 50х200 мм.  Испытания проводились на разрывной машине ТА-1 в сертификационной лаборатории «SENTEXUZ» Ташкентского института текстильной и легкой промышленности. Результаты проведённых испытаний приведены в таблице1.

На разрывной машине одновременно с определением разрывной нагрузки определялось разрывное удлинение образцов.

Разрывное удлинение характеризует относительное удлинение e_н образца тани в момент разрыва и определяется по формуле:

 %                                          (1)

здесь L_уз – величина абсолютного удлинения образца ткани в момент разрыва; L_кис- расстояние между зажимами разрывной машины, мм.

Таблица 1.

Влияние плотности ткани по утку на разрывную нагрузку и разрывное удлинение ткани

Количество энергии, затраченной на разрушение образцов, представляет собой фактическое количество работы, выполненной при их разрушении. При определении разрывной нагрузки на разрывной машине  с помощью самописца машины записывается диаграмма разрыва образца. Из таблицы видно, что разрывная нагрузка и разрывное улдинение 1-го образца ткани  выше, чем у других образцов. На рисунке 1 приведена сравнительная диаграмма разрывной нагрузки образцов тканей в направлении утка.

В соответствии с требованиями ГОСТ Р 53271-2009 величина остаточной деформации эластической ткани спасательных рукавов в направлении утка для не должна превышать 15%. С целью определения соответствия свойств образцов ткани данному требованию были проведены значения деформации по установленной методике.

Рисунок 1. Сравнительная диаграмма разрывной нагрузки образцов ткани в направлении утка

Для определения полной деформации образцов и ёё составляющих проведены  их испытания путём подвешивания грузов. Образцы тканей для определения деформации были подготовлены в полном соответствии с требованиями  ГОСТ 29104.4-91:

1. Размеры образцов тканей 25х400мм;
2. Количество образцов-10;
3. Время нагружения тканей -60 мин;
4. Время отдыха образцов - 120 мин;
5. Величина действующей нагрузки - принята в резмере 25% от разрывной нагрузки ткани.

Подготовленные образцы тканей подвешивались к неподвижной стойке и измерялась их первоначальная длина (рис.2). На образцы подвешивался  груз, равный по массе 25% разрывной нагрузки ткани и измерялась длина жеформированной ткани и определялась величина деформации образца. Для обеспечения достоверности полученных результатов  по каждому образцу провели по 10 испытаний. Полученные средние значения привндены ниже  в таблице 2.

Рисунок 2. Схема определение остаточной деформации

Сразу после снятия приложенной нагрузки величина деформации несколько уменьшается. Это составляющая называется упругой или эластической деформацией. В течении некоторого времени после снятия нагрузки значение деформации постепенно снижается. Эта составляющая называется упруго-пластической деформаций. Время, в течении которого исчезает упруго-пластическая деформация зависит от упругих свойств ткани. Деформация, которая остаётся в ткани  после исчезновения упруго-пластической деформации называется остаточной и пластической.

Значения остаточной деформации образцов тканей определяем по следующей формуле:

                                                      (2)

здесь l₀-длина деформируемого учустка ткани; l-длина деформированной ткани; ∆l-приращение длины в результате растяжения (l-l₀), мм.

Значения остаточной деформации, рассчитанной по формуле (2) приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Влияние плотности ткани по утку на остаточную деформацию ткани

Из результатов проведённых испытаний видно, что показатели разрывной нагрузки, величины удлинения и остаточной деформации первого образца ткани соответствуют требованиям стандарта. С учётом этого значение модуля Юнга определяем только для этого образца ткани.

Сила, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения, называется напряжённостью.

                                                              (3)

Величина относительного удлинения прямо пропорциональна величине напряжённости:

                                                          (4)

здесь α –коэффициент эластичности.

Для характеристики свойств заданного материала кроме α вводится показатель, обратный ему:

                                                             (5)

Этот показатель называется  модулем Юнга. Подставляя значение α из формулы (5) в формулу (4)  получим:

                                                          (6)

Этим уравнением описывается закон Гука для деформации растяжения. Для возникновения эластической деформации сила растяжения должна быть в пределах эластичности. Пользуясь формулой (6) определим модуль Юнга:

                                                             (7)

Пользуясь формулами (3) и (7) определим модуль Юнга при расстоянии между тканью и крючком l₀=400мм=0,4м; контактной площади ткани вдоль утка S=0,4∙0,00055=0,00022 м²; действующем грузе m=13,9 кг.

F=m∙g=13,9∙9,8=136,22 H;

Заключение. В результате проведённых испытаний выявлено, что первый образец ткани по своим показателям превосходит остальные образцы тканей. Поэтому в дальнейших исследованиях при расчёте времени спуска людей с многоэтажных зданий по спасательным рукавам будут использованы показатели этого образца ткани.

Список литературы:

1. Кукин Г. Н, Соловьев А. Н. Текстильное материаловедение (исходные текстильные материалы). — М.: Легпромбытиздат, 1985. — 213 с.
2. Кукин Г. Н, Соловьев А. Н., Кобляков А. И. Текстильное материаловедение (волокна и нити). — М.: Легпромбытиздат, 1989. — 352 с.
3. Кукин Г. Н., Соловьев А. Н., Кобляков А. И. Текстильное материаловедение (текстильные полотна и изделия). — М.: Легпромбытиздат, 1992. — 272 с.
4. ГОСТ Р-53271-2009 Техника пожарная. Рукава спасательные пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний.