Рис. 2.12. Диаграмма работоспособности экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35 при поперечном изгибе
Под работоспособностью понимается свойство материалов сохранять свои основные эксплуатационные параметры. С точки зрения термофлуктуационной концепции разрушения и деформирования твердых тел для любого материала существуют три границы работоспособности: силовая, временная и температурная. Границами прочностной работоспособности являются соответственно прочность (σ, МПа), долговечность (τ, с) и термостойкость (Т, °С). Деформационная работоспособность характеризуется пределом текучести (σт, МПа), деформационной долговечностью (θ, с) и теплостойкостью (Т, °С).
Работоспособность материала определяется небольшой группой физических констант, которые связаны с его строением. Поэтому для ее прогноза достаточно выявить основные физические константы материла при испытании образцов в простом напряженном состоянии и определить некий силовой фактор, специфичный для его работоспособности в сложном напряженном состоянии.
Выполненные на основе термофлуктуационного подхода исследования процессов разрушения и деформирования экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35 позволили установить описывающие их аналитические зависимости и определить значения соответствующих констант (табл. 2.5 – 2.7).
Разрушение и деформирование твердого тела, и экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® в том числе, подчиняется принципу температурно-силовой временной эквивалентности, т.е. действие каждого параметра – температуры, нагрузки, времени – качественно одинаково. Величину каждого из них можно регулировать изменением двух других.
Применяя формулы (2.3) – (2.9), можно прогнозировать любой из указанных параметров работоспособности, для чего достаточно лишь выразить его из уравнения, задаваясь при этом двумя другими.
Вместе с тем прогнозирование границ работоспособности материала, эксплуатируемого в широком диапазоне нагрузок и температур, удобнее вести с помощью диаграмм.
По результатам экспериментальных исследований были построены диаграммы работоспособности в координатах логарифм долговечности (lgτ, с) – температура эксплуатации (Т, °С), позволяющие оценить долговечность ПЕНОПЛЭКС® 35 в заданном температурно-силовом интервале. Аналогичным образом можно определить температуру и нагрузку, обеспечивающие работоспособность материала в течение заданного срока службы.
На рисунке 2.12 представлена диаграмма работоспособности экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35, работающего в условиях поперечного изгиба.
На основании данной диаграммы можно предположить, что исследуемый материал прослужит более 50 лет, если напряжения в нем при изгибе не будут превышать 0,25 МПа, и температура окружающей среды будет менее 30 °С.
На рисунке 2.13 показана диаграмма работоспособности экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35 при деформировании его сжатием до 10%-ной линейной деформации.
Из диаграммы видно, что для того чтобы деформации сжатия пенополистирола, работающего при температуре около 30 °С, достигли своего критического значения не ранее 30 лет эксплуатации, уровень возникающих в нем напряжений должен быть менее 0,1 МПа.
Рисунок 2.14 иллюстрирует температурно-силовую зависимость деформационной долговечности ПЕНОПЛЭКС® 35 при пенетрации.
Таким образом, полученные результаты позволяют прогнозировать основные параметры работоспособности экструзионного пенополистирола ПЕНОПЛЭКС® 35. Для чего необходимо:
– установить напряженно-деформированное состояние материала в процессе его эксплуатации;
– определить диапазон возникающих в утеплителе напряжений, используя теорию сопротивления материалов;
– учитывать температуру среды, в которой находится материал;
– выявить иные возможные виды воздействий на материал (агрессивные среды или климатические факторы) и учесть их введением поправок;
– используя диаграммы работоспособности или уравнения долговечности, полученные для ПЕНОПЛЭКС®, рассчитать срок его службы в конструкции.