автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Совершенствование оценки механизма разрушения структуры бумаги и картона

НОСКОВА Елена Сергеевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЦЕНКИ

МЕХАНИЗМА РАЗРУШЕНИЯ СТРУКТУРЫ БУМАГИ И КАРТОНА

05.21.03 - Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины

- 1.0КТ 2009

АВТОРЕФЕРАТ "

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Архангельск 2009

Работа выполнена на кафедре технологии целлюлозно-бумажного производства Архангельского государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ Комаров Валерий Иванович Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

Дьякова Елена Валентиновна

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Смолин Александр Семенович, кандидат технических наук Филиппов Илья Борисович

Ведущая организация - ОАО «Всероссийский научно-исследовательский

институт бумаги» Защита состоится "23" октября 2009 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 008. 02. в Архангельском государственном техническом университете по адресу: 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета.

Автореферат разослан "22" сентября 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета Т.Э. Скребец ¿»¿W--^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из главных задач развития целлюлозно-бумажной промышленности является совершенствование и создание технологий, направленных на получение продукции с высокой добавленной стоимостью. Прежде всего, это относится к тем видам бумаги и картона, которые перерабатываются в готовые изделия на непрерывном, высокотехнологичном и высокоскоростном оборудовании. Стабильность работы и эффективность использования таких линий во многом зависит от способности бумаги или картона перерабатываться без обрывов, т.е. обусловлена уровнем дефектности их структуры.

Дефекты структуры бумаги и картона с одной стороны являются следствием существующей технологии их изготовления, а с другой - возникают непосредственно в процессах переработки. Последнее происходит либо случайным образом (надрывы, проколы, задиры, царапины, складки и т.п.), либо является следствием технологических операций (гофрирования, крепирования, рилевания, резки, высечки и др.).

Для оценки поведения бумаги и картона в процессах производства и переработки представляется важным не только количественно оценивать сопротивляемость их структуры к инициированию и развитию трещиноподобных дефектов, но и прогнозировать возможный характер механизма разрушения.

Таким образом, исследования, основанные на общих принципах современной механики разрушения и направленные на развитие теории механического поведения бумаги и картона как структурно-неоднородных и склонных к возникновению дефектов материалов, являются перспективными с точки зрения получения новых знаний и актуальными для практического применения.

Цель и задачи исследования. Целью работы является развитие научных представлений о трещиностойкости и механизмах разрушения бумаги и картона с позиций нелинейной механики разрушения для последующего направленного регулирования потребительских свойств.

Для реализации данной цели поставлены и решены следующие задачи:

1) установить взаимосвязь между характеристиками, оценивающими трещино-стойкость и вязкоупругостъ бумаги и картона при разрушении;

2) адаптировать и усовершенствовать графоаналитический метод получения двухпараметрических диаграмм механического поведения применительно к целлюлозно-бумажным материалам;

3) определить вклады хрупкого, смешанного и вязкого механизмов разрушения, наблюдаемые в условиях одноосного растяжения бумаги и картона с трещиноподобны-ми дефектами;

4) исследовать влияние параметров структуры на механизм разрушения при растяжении бумаги и картона;

5) оценить изменения в механизме разрушения бумаги и картона при растяжении в зависимости от технологических факторов.

Научная новизна. Впервые установлено, что разрушение структуры бумаги с тре-щиноподобными дефектами может быть интерпретировано с помощью двухпараметриче-ского критерия разрушения и диаграммы механического поведения при растяжении. Получены новые данные о протекании процесса разрушения бумаги и картона, который может развиваться по хрупкому, вязкому или смешанному механизму.

Количественно определены значения двухпараметрического критерия разрушения тарного картона и бумаги для печати в зависимости от структурно-размерных и технологических параметров.

Экспериментально установлено, что значения относительного критического размера трещин, при которых наблюдается их магистральное распространение и разрушение материала по хрупкому механизму, зависят от особенностей формирования дискретно-анизотропной структуры каждого вида бумаги и картона.

Практическая ценность. Усовершенствован метод получения двухпараметри-ческих диаграмм механического поведения при растяжении применительно к волокнистым целлюлозно-бумажным материалам.

Разработано программное обеспечение, зарегистрированное в Роспатенте, позволяющее проводить математическую обработку экспериментальных данных, анализ вклада различных механизмов в разрушение и расчет двухпараметрического критерия разрушения бумаги и картона.

Установлен характер влияния на механизм разрушения бумаги и картона с тре-щиноподобными дефектами основных структурных и технологических параметров: анизотропии, влажности, степени разработки волокна, добавки упрочняющих химикатов, количества циклов переработки волокна. Полученные данные являются основой для совершенствования технологий получения и переработки бумаги и картона, а также направленного регулирования их потребительских свойств.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на Международных конференциях в Каравае-во (2006 г.) и в Санкт-Петербурге (2007, 2009 г.); на Всероссийской научно-технической конференции в Красноярске (2006 г); а также на ежегодных научно-технических конференциях Архангельского государственного технического университета (2006 - 2009 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе обзор и четыре статьи в журналах, рекомендованных ВАК, получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает в себя: введение; обзор литературы; методическую часть; экспериментальную часть, включающую пять разделов; общие выводы; приложение. Содержание работы изложено на 130 страницах, включая 64 рисунка и 30 таблиц, библиография 155 наименований.

Автором выносятся на защиту следующие основные положения диссертационной работы:

- данные исследования взаимосвязи характеристик вязкоупругости и трещиностой-кости при растяжении тарного картона и бумаги для печати;

- усовершенствованный метод и программное обеспечение, позволяющие получать и обрабатывать двухпараметрические диаграммы механического поведения бумаги и картона при испытаниях на одноосное растяжение;

- экспериментальные данные о соотношении хрупкого, вязкого и смешанного механизмов разрушения структуры бумаги и картона с трещиноподобными дефектами ;

- анализ влияния вида, размера и места расположения трещиноподобных дефектов на поведение структуры бумаги и картона при разрушении;

- установленные закономерности изменения вкладов различных механизмов разрушения бумаги и величины двухпараметрического расчетного критерия разрушения в зависимости от технологических факторов и структурных характеристик.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение: В этом разделе диссертационной работы обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель работы и задачи, подлежащие решению, указаны положения, выносимые на защиту.

Обзор литературы: Дана краткая характеристика особенностей структуры целлюлозно-бумажных материалов. Рассмотрены теории, используемые для оценки микро-и макроструктуры бумаги и картона. Показана необходимость использования теоретических подходов, реализуемых в механике разрушения, для количественной оценки сопротивляемости структуры к возникновению и развитию трещин. Проанализированы и критически оценены предложенные ранее методы анализа механического поведения бумаги и картона с учетом присутствия в структуре реальных дефектов. Отмечено, что данную проблему следует рассматривать с использованием двухпараметрических критериев разрушения, которые позволяют оценить весь спектр возможных механизмов разрушения одного и того же материала.

Методическая часть: В работе использовали промышленные образцы хвойной сульфатной целлюлозы высокого выхода, лиственной нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы; бумаги для офсетной печати, бумаги для гофрирования, картона для плоских слоев гофрированного картона различных производителей, марок и масс 1 mj; модельные лабораторные образцы бумаги для гофрирования.

Для определения физико-механических свойств образцов бумаги и картона применяли метод комплексной оценки механического поведения испытуемого материала при приложении растягивающей нагрузки; метод испытания на трещиностойкостъ в соответствии со стандартом SCAN - Р 77:95. Оценку структурно-морфологических характеристик волокна выполняли с помощью анализатора Fiber Tester L&W. Анализ характера разрушения при растяжении бумаги и картона проводили с помощью усовершенствованной методики, включающей оригинальное специально разработанное на кафедре технологии ЦБП Архангельского ГТУ программное обеспечение. Были использованы методы статистической обработки и корреляционного анализа. Все математические расчеты выполнены на ЭВМ.

Экспериментальная часть состоит из 5 разделов.

1. Исследование взаимосвязи различных характеристик трещиностойкости бумаги и картона

Основными объектами исследования выбраны два вида целлюлозно-бумажных материалов - компоненты тарного картона (картон-лайнер и флютинг) и бумага для печати разных композиций, выработанных на 13 различных предприятиях.

Указанные объекты исследований в процессе переработки подвергаются интенсивным нагрузкам и должны быть устойчивы к появлению и развитию трещин.

Для анализа вязкоупругих свойств использовали данные о составляющих работы разрушения в условиях одноосного растяжения, получаемые при обработке экспериментальной кривой «нагрузка-удлинение» (рисунок 1). Согласно теоретическим

представлениям, общая работа разрушения целлюлозно-бумажного материала Ар подразделяется на составляющие, каждая из которых соответствует площади под характерными участками кривой «Р-Д/». При этом соблюдается условие АР=АУ+А3.У+АП+АТ.

1 - предел упругости; П - точка начала развития пластических деформаций; В - точка начала зоны предразрушения; Р - точка разрушения образца; Ау - работа в упругой зоне; А3_у - работа в замедленно-упругой зоне; А„ - работа в области пластических деформаций; Ат - работа, затрачиваемая на деформирование образца в области предразрушения

Рисунок 1 - Кривая зависимости «Р - Д/»

В качестве меры трещиностойкости используется /-интеграл - один из энергетических критериев роста трещины, определяемый в соответствии с 8САМ-Р77:95, сведения о необходимом уровне которого для различных волокнистых целлюлозно-бумажных материалов весьма ограничены.

Обобщенные данные для исследованных образцов бумаги и картона представлены в таблице 1. Оценка вклада отдельных составляющих в общую работу разрушения позволила расположить их в следующей последовательности: АУ<АГ<А3.У<АП. Учитывая обнаруженное распределение вкладов, и, прежде всего, преобладающую роль пластической и замедленно-упругой составляющих, предположили, что именно они имеют значимую связь с характеристикой трещиностойкости -./-интегралом.

Таблица 1 - Диапазоны значений характеристик трещиностойкости и вязкоупругости исследуемых видов бумаги и картона_

Направление | А,/Аю% | А„/А0,% | Ап/А„,% | А,/Ар,% | ■/;СИ', кДж-м/кг

Крафт-лайнер

МБ 1,1...6,3 24,6...44,2 42,8...54,9 13,0...19,1 14,3...18,8

СО 0,6...2,2 24,5...31,7 51,3...55,8 14,8...22,1 2,8...5,0

Тест-лайнер

МО 0,3...7,4 35,5...40,8 36,7...42,1 17,0...20,6 9,7... 14,7

СО 0,9...6,4 24,7...38,0 40,2...44,2 17,8...20,6 2,4...3,3

Топ-лайнер

МО 1,1...8,4 31,7...37,7 43,3...47,0 17,1...18,5 11,8...16,2

СО 0,7...2,6 31,9...37,7 44,1...51,3 13,5...16,9 2,6...4,6

Флютинг из первичного волокна

МО 0,1...8,2 29,2...37,1 38,8...46,5 20,4...22,2 11,0...12,4

СО 0,6...7,0 30,7...39,3 41,9...46,5 15,7...21,4 2,4...3,0

Флютинг макулатурный

МО 0,1...8,2 1 27,7...37,5 39,5...59,4 12,4...21,5 9,3...17,6

СО 0,6...7,0 1 24,1...45,3 36,4...66,0 9,6...17,3 2,7...4,6

Бумага для печати

МО 0,5...1,5 29,9...43,2 42,0...56,6 5,0.. .16,8 9,3...27,1

СО 0,2...1,3 16,6...33,2 49,2...67,6 7,8...17,1 2,2...8,5

Особенностью требований к бумаге для печати является необходимость учета сопротивления раздиранию, которое также можно рассматривать как характеристику трещиностойкости, но для другого направления и условий приложения нагрузки. В свя-

зи с этим, помимо оценки возможной взаимосвязи ./-интеграла и составляющих работы разрушения, в исследованиях бумаги для печати также учитывали их зависимость от сопротивления раздиранию. Обнаруженные взаимосвязи проиллюстрированы на рисунке 2 на примере образцов картона-лайнера массой 1 м2 140 г и бумаги для офсетной печати массой 1 м2 60...65 г.

Установлено, что важнейшей составляющей общей работы разрушения при статическом растяжении для картона-лайнера, флю-тинга и бумаги для печати является работа, затрачиваемая на развитие пластических деформаций Ап. С увеличением вклада Ап в общую работу разрушения наблюдается рост характеристик трещиностойкости {3-интеграла и сопротивления раздиранию).

Указанный рост наблюдается при приложении нагрузки и в машинном и в поперечном направлении. Он характерен для всех исследованных групп продукции вне зависимости от массы 1 м2,

а также для продукции, имеющей одинаковую массу 1 м2, но отличающейся композицией, структурой и технологией изготовления в целом.

Таким образом, в результате решения первой поставленной задачи исследований установлена качественная взаимосвязь составляющих работы разрушения как характеристик вязкоупругого поведения бумаги и картона с традиционными характеристиками трещиностойкости. Однако с помощью составляющих работы разрушения не представляется возможной количественная оценка вкладов различных механизмов разрушения бумаги и картона.

2. Графоаналитический метод получения двухпараметрической диаграммы разрушения бумаги и картона

Реакция структуры бумаги на внешние нагрузки различна, что необходимо учитывать при рассмотрении и анализе возможных механизмов разрушения. Основанием для данного заключения является ярко выраженная анизотропия структуры бумаги и

1500 2000 2500 •/е,кДж/м

450 550

д е

Рисунок 2 - Влияние вкладов Аз.у (1) и А„ (2) в общую работу разрушения на трещиностойкость образцов картона-лайнера (а, б) и бумаги для печати (е- е)\ а, в, д - МБ; б, г, е- СО; А,- вклады различных составляющих в общую работу разрушения

картона и вариация композиционного состава этих материалов. Известно, что для многих материалов процесс разрушения может развиваться по хрупкому или вязкому механизму, но в большинстве случаев является смешанным.

Поведение структуры материала под нагрузкой можно представить с помощью единой диаграммы механического состояния по двум критериям с непрерывным переходом из одного в другой (рисунок 3).

Материал является хрупким, если при достижении критических условий элементы его структуры, прилегающие к поверхностям трещины, сразу переходят из сплошного состояния в разрушенное. Материал является вязким (нехрупким), если при его нагружении разрушение элементов структуры происходит в два этапа. Вначале (при нагрузках, меньше критических) элементы структуры материала переходят из сплошного в некоторое промежуточное состояние, характеризующееся локальным нарушением сплошности. На втором этапе элементы материала при достижении критических условий переходят из промежуточного в полностью разрушенное состояние.

Рисунок 3 - Двухпараметрические диаграммы механического состояния тела с трещиной: а -для идеального тела; б - для реального тела; Кк- критический коэффициент интенсивности напряжений; ор - предел прочности

В диссертационной работе рассматривается двухпараметрический критерий, основанный на использовании коэффициента интенсивности напряжений К:

К = (1)

где а - разрушающее напряжение, МПа; I - длина трещины, мм; У - поправочный коэффициент, учитывающий фактор формы дефекта, значение которого рассчитывается для различных случаев.

При этом критерий разрушения в двухпараметрической форме имеет вид

К(в, 1)/К1С + а(1)а9 = 1. (2)

Поскольку коэффициент К пропорционален напряжению ст, то при постоянной длине трещины лучи, идущие от начала координат отражают рост К с ростом о. Причем со снижением длины трещины / уменьшается и наклон луча, вдоль которого происходит рост коэффициента К. Наблюдаемое либо хрупкое, либо вязкое разрушение обусловливает какую ограничивающую линию пересекает тот или иной луч.

Для моделирования механического состояния бумаги и картона использовали образцы шириной 50 мм с центральным плоским надрезом, длина которого варьировалась от 2 до 40 мм. Образцы подвергали одноосному статическому нагружению до разрушения при базе испытаний 100 мм.

Для математической обработки экспериментальных данных и получения двухла-раметрических диаграмм механического состояния создана программа для ЭВМ. Пример получаемой двухпараметрической диаграммы представлен на рисунке 4.

На диаграмме отрезок OA, показывающий границу преимущественно вязкого поведения, проходит через точку, в которой экспериментальная кривая теряет линейность.

Отрезок ОВ, соответствующий границе хрупкого поведения материала, связывает начало координат и экстремум экспериментальной кривой.

Из точки В проводится перпендикуляр на ось ординат и находится точка К!с - критический коэффициент интенсивности напряжений.

Пересечение полинома с осью абсцисс в точке S соответствует значению разрушающего напряжения, полученного при испытании образцов без дефектов. Из теории следует, что предельная площадь, ограниченная прямоугольником OKIcLS, соответствует диаграмме механического поведения для идеального тела. Если напряженное состояние в образце таково, что характеризующие его точки на кривой оказываются внутри построенного прямоугольника, то разрушение не происходит. Попадание на границу прямоугольника соответствует предельно равновесному состоянию.

При больших длинах трещины линии нагрузки пересекают горизонтальную линию KlcL прямоугольника и разрушение происходит хрупким образом. При коротких трещинах точка пересечения попадает на вертикальную линию SL и разрушение становится вязким, происходящим в условиях общей текучести.

В реальных материалах всегда присутствуют смешанные виды разрушения, и предельная площадь ограничивается сглаженной кривой (экспериментальная кривая OBAS на рисунке 3.14). В данном случае сегмент ОБО соответствует области хрупкого разрушения материала, треугольник OAS - области вязкого разрушения, а сегмент ОВЛ - области смешанного разрушения, где в той или иной степени проявляются оба предельных механизма (вязкий и хрупкий).

Общая площадь под кривой является количественным двухпараметрическим критерием разрушения. Кроме того, производится расчет критического размера дефекта с учетом его формы, размеров и места расположения на образцах.

Предложенная методика получения двухпараметрических диаграмм и разработанное программное обеспечение позволяет оценить вклад каждого типа разрушения: хрупкого (ХМ), вязкого (ВМ) и смешанного (СМ) в процентах от общей площади под экспериментальной кривой или в условных абсолютных единицах площади соответствующих областей. Программное обеспечение защищено свидетельством об официальной регистрации программ в Роспатенте.

Таким образом, предложенный теоретический подход реализован в виде адаптированной применительно к бумаге и картону методики оценки процесса разрушения, а разработанное программное обеспечение дает возможность изучить влияние различных технологических факторов на механическое поведение материала с трещиноподобными дефектами при одноосном статическом растяжении.

К.МПа мм"

Рисунок 4 - Двухпараметрическая диаграмма механического состояния бумаги

3. Анализ механизма разрушения бумаги и картона при растяжении

Для анализа механизма разрушения бумаги и картона использованы образцы флютинга и бумаги для печати с нанесенными плоскими, круглыми и клинообразными дефектами. Несмотря на то, что исследуемые виды бумаги изготовлены из волокон, различающихся по химическому составу и механической жесткости, обнаружены некоторые общие зависимости развития процесса разрушения при изменении вида дефекта.

Числовые значения критерия разрушения позволяют оценить потенциальную степень «опасности» рассмотренных дефектов с точки зрения трещиностойкости. Минимальное значение расчетного критерия разрушения наблюдается для центрального круглого и краевых полукруглых дефектов, промежуточное значение - для центрального плоского надреза, максимальное - для клинообразных дефектов и плоских краевых трещин.

На рисунке 5 показаны различные стадии развития трещины, наблюдаемые при испытаниях образцов флютинга. При приложении растягивающей нагрузки в машинном направлении на начальном этапе наблюдается концентрация напряжений в вершинах трещины, которая сопровождается появлением «светлых» зон. Это обусловлено стремлением волокон к их ориентации в направлении силового поля, т.е. сами волокна являются препятствием для постепенного прорастания трещины. Затем происходит магистральное распространение трещины, приводящее к разрушению образца.

Для образцов в поперечном направлении уже при незначительном нагружении образца начинается выраженное раскрытие трещины по всей ее длине. Зоны концентрации напряжений в вершинах трещины явно не выражены. При этом концентрация напряжений наблюдается на берегах трещины по всей ее ширине. Визуально отмечено образование в вершинах распространяющейся трещины микротяжей подобных трещинам «серебра» или крейзам. Процесс разрушения завершается отрывом концов волокон от краев трещины и разделением образца на части.

Таким образом, в данном случае механическое поведение материала обусловлено, по всей видимости, ориентацией волокон в структуре. Для образцов в машинном направлении сами волокна являются препятствием для постепенного прорастания тре-

а

б

Рисунок 5 - Стадии распространения трещины в образцах флютинга: а - машинное направление; б - поперечное направление

щины; в поперечном направлении основное значение имеют межволоконные силы связи, величина которых сопоставима или меньше, чем растущее напряжение в вершине трещины. То есть наблюдаемое различие в поведении структуры бумаги под нагрузкой объясняется различным вкладом собственной прочности волокон и межволоконных связей. Следовательно, появляется необходимость в определении «критической» длины волокна (интегральной характеристики фундаментальных свойств), обусловленной как прочностью волокон так и межволоконными связями, с целью дальнейшего прогнозирования процесса разрушения бумаги и картона и последующего регулирования их потребительских свойств.

4. Влияние параметров структуры на механизм разрушения бумаги

Влияние анизотропии структуры

Для оценки влияния анизотропии структуры проведен анализ механического поведения при растяжении бумаги для гофрирования и бумаги для офсетной печати. Испытаниям подвергали образцы, вырезанные в машинном и поперечном направлении, а также под углами 15, 45, 75° по отношению к машинному. Результаты эксперимента представлены в таблице 2 и на рисунке 6.

Установлено, что в зависимости от вида бумаги и направления приложения растягивающей нагрузки изменяется как форма экспериментальной кривой, так и соотношение вкладов рассматриваемых механизмов разрушения.

Таблица 2 - Влияние степени анизотропии на соотношение механизмов разрушения бумаги

Направление Вклад в механизм разрушения МПа2-мм0,5 ^кр, мм

в отн. единицах, % в абс. единицах, МПа2-мм0'5

ХМ | СМ | ВМ ХМ | СМ | ВМ

Бумага для офсетной печати

МЭ 10,8 77,8 11,4 360 2582 379 3321 20,5

15 8,8 74,8 16,4 247 2097 460 2804 23,6

45 19,4 63,8 16,8 216 1329 163 1708 10,8

75 25,6 56,1 18,3 242 531 173 947 8,9

СО 26,2 58,4 15,4 277 1 694 85 1 1057 8,1

Бумага для гофрирования

МБ 11,3 78,5 10,1 492 3412 441 4346 13,7

15 11,6 77,1 11,2 464 3081 448 3994 16,5

45 13,7 74,3 12,0 233 1288 207 1733 15,2

75 25,3 54,0 20,7 271 580 222 1073 7,4

СО 25,1 44,9 30,0 245 439 293 977 7,5

Кк'вр - двухпараметрический критерий разрушения; /кр - критический размер дефекта; механизмы разрушения: ХМ - хрупкий; СМ - смешанный; ВМ - вязкий.

Для образцов флютинга в поперечном направлении более характерен вязкий механизм разрушения, что обусловлено видом полуфабрикатов, входящих в композицию, а также более существенной неравномерностью структуры на микроуровне. Максимальное значение вклада вязкого механизма у флютинга наблюдается в поперечном направлении, а у офсетной бумаги под углом 75°. В этих же случаях отмечается минимальная величина двухпараметрического критерия разрушения (таблица 3).

Наблюдается более чем двукратное увеличение вклада хрупкого механизма разрушения при переходе от машинного к поперечному направлению у обоих видов бума-

ги. Это дополнительно подтверждается полученными значениями критического размера дефекта. Резкое увеличение вклада хрупкого механизма разрушения для офсетной бумаги наблюдается у образцов, вырезанных под углом более 45°, а для флютинга - под углом 75°. Причина заключается в изменении преимущественной ориентации волокон в структуре бумаги по отношению к направлению прилагаемой нагрузки. Это в свою очередь снижает вероятность развития значительных пластических деформаций при раскрытии трещины в ее вершине и создает условия для мгновенного (магистрального) распространения трещины.

К|. . в L

,-У f \г

/ s

Кгс в L

♦ У 8 . / v 2 ^ "Л

8 / / У'- гг __....................Д S

7.3 И.в

Kfc в i

\\

.......\

/С——*■ ——— 9

д е

Рисунок 6 - Двухкритериальные диаграммы механического поведения исследуемых образцов бумаги при изменении направления приложения нагрузки: а,в,д- бумага для печати MD, 45°, CD; б, г, е-флютинг MD, 45°, CD соответственно

Значения двухпараметрического критерия разрушения образцов, испытанных в машинном направлении в 3-4 раза больше, чем в поперечном. Это наблюдается для обоих видов бумаги. При этом отметим, что образцы флютинга имели степень анизотропии прочности в 1,5 раза большую, чем бумага для офсетной печати. Степень анизотропии во многом определяет возможное течение процесса разрушения. Таким образом, разрушение материала, имеющего более существенные различия в свойствах по двум основным направлениям, характеризуется явно выраженными предельными со-

стояниями структуры - хрупким и вязким. Для материала с меньшей степенью анизотропии разрушение протекает преимущественно по смешанному механизму.

Влияние влажности

Структура бумаги на микроуровне имеет определенную степень дефектности. Повышение влажности неизбежно приводит к ослаблению структуры, что в свою очередь усиливает вероятность развития дефектов и, как следствие, снижает прочность материала.

Оценка изменения механизма разрушения представлена на примере лабораторных образцов флютинга, влажность которых составляла 7, 20, 34 и 50 %. Результаты эксперимента представлены в таблице 3 и на рисунках 7, 8.

Таблица 3 - Влияние влажности на механизм разрушения бумаги для гофрирования лабораторного изготовления при растяжении*

Вклад в механизм разрушения

Влажность, в отн. единицах, в абс. единицах, Кк'ЪР> ^кр,

% % МПа -мм • МПа2-мм0,5 мм

ХМ СМ ВМ ХМ СМ ВМ

7 24,0 65,5 10,5 717 1955 314 2984 4,0

20 25,3 48,9 25,8 31 60 32 123 7,5

34 25,4 42,5 32,1 23 39 29 91 7,6

50 11,4 45,3 43,3 0,6 2,4 2,3 5,3 24,5

* Обозначения см. таблицу 2.

к. МПа-ии"

К.МПа<мми 19.0

15.2 11.4

7,6 3.8

34,2 ~ 42.7 «.МП»

Кц . в и

/ '•-.• '•••■ / . / V,

ш я

импамм"

17.0

К* С В 1.

\ \

/ ^^

/ [:у V \

\

1.5 3.1 4.«

в

Рисунок 7 - Двухкритериальные диаграммы механического поведения исследуемых образцов бумаги для гофрирования лабораторного изготовления, имеющих влажность: а - 7 %; б - 20 %; в - 34 %; г -50%

Из рисунка 7 отчетливо видно, что с ростом влажности вклад смешанного механизма разрушения постепенно снижается, а также происходит перераспределение вкладов хрупкого и вязкого механизмов в пользу последнего.В данной серии экспериментов дополнительно измерены значения межволоконных сил связи и собственной прочности волокна ¿о (рисунок 9). Установлено, что увеличение влажности образцов от 7 до 50 % вызывает снижение нулевой разрывной длины (т.е. собственной прочности волокна) лишь в два раза, причем значение этого показателя стабилизируется уже при влажности 34 %. Межволоконные силы связи при увлажнении от 7 до 34 % уменьшаются более чем в 10 раз, а дальнейшее увеличение влажности до 50 % приводит к снижению этого показателя практически до минимума. В результате, расчетный критерий разрушения снижается более чем в 450 раз.

20 34

Влажюсть,'

Рисунок 9 - Влияние влажности на собственную прочность (1) и межволоконные силы связи (2)

20 34

Влавдюстъ, %

Рисунок 8 - Зависимость соотношения механизмов разрушения от влажности бумаги: Ш-ХМ;®-СМ;П-ВМ

Таким образом, повышение влажности бумаги и вызываемое за счет этого резкое ослабление структуры материала приводит к снижению значимости трещиноподобных дефектов, как основных источников концентрации напряжений.

5. Влияние технологических факторов на механизм разрушения бумаги

Влияние степени разработки волокна

Анализ двухпараметрических диаграмм является не только новым методом развития представлений о трещиностойкости, но и позволяет определить условия повышения исследуемых характеристик. Наиболее важным фактором при этом является подготовка бумажной массы. Влияние размола моделировали в лабораторных условиях при изменении степени помола бумажной массы от 12 до 60 °ШР на образцах флютинга (таблица 4, рисунки 10...12).

Таблица 4 - Влияние размола на механизм разрушения бумаги для гофрирования лабораторного

Степень помола, °1ИР Вклад в механизм разрушения К/с'Пр, МПа2-мм0,5 ^кр» мм

в отн. единицах, % в абс. единицах, МПа2'ММ0'5

ХМ СМ ВМ ХМ СМ ВМ

12 25,5 43,6 30,8 241 412 291 944 8,2

20 28,5 47,6 23,9 1150 1919 963 4032 5,9

40 15,8 69,6 14,6 859 3511 1050 5420 11,4

60 26,8 41,5 31,7 1368 2119 1616 5108 6,2

* Обозначения см. таблицу 2.

Анализ изменения характеристик двухлараметрической диаграммы механического поведения показал, что степень помола полуфабрикатов 40 °ШР является переходной с позиций рассматриваемых механизмов разрушения. Именно при данной степени помола общий критерий разрушения достигает своего максимума при существенном снижении вкладов предельных механизмов разрушения. При этом также наблюдается значительное увеличение допустимого размера дефекта. Данный факт может быть объяснен следующим образом. При постепенном повышении степени разработки волокна, сопровождающейся его укорочением и увеличением межволоконных сил связи, происходит образование более равномерной структуры, которая содержит минимальное количество концентраторов напряжений.

К. МПэмм"'

m,о

93.6 70.2 46.8 23.4

d 2

с. МПа

б

Рисунок 10 - Двухкритериальные диаграммы механического поведения лабораторных образцов бумаги для гофрирования при изменении степени помола: а- 12 °ШР; 6-20 °ШР; в - 40 °ШР; г-60 °ШР 1-0, м

20 40

Степень помола, ° ШР

Рисунок 11 - Зависимость соотношения механизмов разрушения от степени помола массы:

113 - ХМ; Й - СМ; □ - ВМ

16000 14000 12000 10000 8000 6000

МПа

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0

12 20 40 60

Степень помола, 0 ШР Рисунок 12 - Влияние степени помола на собственную прочность (1) и межволоконные силы связи (2)

Дальнейшее повышение степени помола ослабляет структуру бумаги с точки зрения ее устойчивости к развитию трещин и приводит к увеличению количества дефектов, связанных с изменением прочности отдельных волокон. Вследствие этого при

15

степени помола 60 °ШР максимум экспериментальной кривой смещается в сторону меньших значений о^,, а также наблюдается существенное снижение критического размера дефекта и увеличение вкладов предельных механизмов разрушения. Таким образом, и в этом случае, особое внимание необходимо уделять закономерностям изменения «критической» длины волокна.

Установлено, что максимальная трещиностойкость бумаги при вариации исследуемых параметров достигается при условии снижения вкладов предельных механизмов разрушения (хрупкого и вязкого) и увеличения вклада смешанного механизма.

Влияние добавок, повышающих прочность бумаги

В композицию многих массовых видов бумаги вводят добавки, повышающие прочность структуры в воздушно-сухом состоянии. Однако известно, что чрезмерное повышение связеобразования между волокнами придает структуре бумаги хрупкость, хотя, отдельные характеристики прочности могут улучшаться.

Для выяснения возможного механизма охрупчивания структуры бумаги проведены исследования с использованием катионного крахмала в количестве от 4 до 12 %. Столь высокий расход упрочняющей добавки, не характерный для реальных производственных условий, был принят осознанно с целью критического воздействия на формирование структуры бумаги при отливе и в воздушно-сухом виде. Отметим, что при расходе катионного крахмала 8 и 12 % образцы имели выраженный неравномерный просвет. Результаты эксперимента представлены на рисунках 13, 14 и в таблице 5.

К, МПамм0-5

г д

Рисунок 13 - Влияние добавок катионного крахмала на механизм разрушения бумаги: а-0 %; б-4%; е-8%;г-12%

Сопоставление формы экспериментальных кривых показывает, что введение и постепенное увеличение количества катионного крахмала в композиции бумаги приводит к появлению выраженного плато в области, характеризующем хрупкий механизм разрушения (рисунок 13).

Установлено, что, несмотря на более чем двукратное увеличение значений межволоконных сил связи, общий критерий разрушения при введении в композицию бумаги катионного крахмала не только не увеличивается, а напротив, становится меньше. Кроме того, отмечено снижение критического коэффициента интенсивности напряжений, а также значения разрушающего напряжения.

Таблица 5 — Влияние добавок катионного крахмала на механизм разрушения бумаги*

Расход крахмала, % Вклад в механизм разрушения Л/сСТр, МПа2-мм0'5 АФ» мм

в отн. единицах, % в абс. единицах, МПа2-мм0,5

ХМ СМ ВМ ХМ СМ ВМ

0 24,0 65,5 10,5 717 1860 408 2984 5,0

4 24,3 64,7 11,1 386 1028 176 1590 7,1

8 28,8 59,1 12,1 602 1235 254 2090 5,4

12 28,8 60,7 10,6 715 1415 356 2486 4,3

* Обозначения см. таблицу 2.

Таким образом, увеличение прочности материала за счет введения упрочняющей добавки не приводит к соответствующему усилению устойчивости структуры к распространению трещиноподобных дефектов.

Влияние многократной переработки волокна

Принято считать: волокна макулатуры имеют повышенную хрупкость вследствие ороговения поверхности при сушке; содержат большее количество дефектов клеточной стенки; эти явления усиливаются по мере увеличения количества циклов переработки. Вследствие этого, бумага и картон также становятся более «дефектными», что особенно важно учитывать при выработке тароупаковочных материалов.

На рисунке 15 представлены двухпараметрические диаграммы лабораторных образцов сульфатной хвойной ЦВВ и лиственной полуцеллюлозы при последовательном прохождении ими пяти циклов переработки. Дополнительно был проведен анализ структурно-морфологических и фундаментальных свойств волокон.

После пяти циклов переработки вклад хрупкого механизма разрушения для сульфатной хвойной ЦВВ остается практически неизменным, а для лиственной полуцеллюлозы снижается на 6 % (таблица 6, 7). При этом отметим, что наблюдаемое уменьшение средней длины волокна ЦВВ не является определяющим фактором для получения более хрупкой структуры образцов с трещинами, так как число волокон в пробе возрастает лишь на 23 %, в то время как для полуцеллюлозы число волокон в пробе удваивается, что и вызывает отклик на диаграмме механического поведения.

Вязкий механизм применительно к исходным полуфабрикатам более характерен для лиственной полуцеллюлозы. Данный полуфабрикат образует более равномерную структуру из жестких коротких волокон, которая содержит меньше потенциальных концентраторов напряжений. После многократной переработки вклад вязкого механизма разрушения лиственной полуцеллюлозы снижается более чем в два раза за счет снижения грубости и средней длины волокна.

17

Расход крахмала, %

Рисунок 14 - Влияние расхода крахмала на£0(1) и (2) бумаги

а б в

Рисунок 15 - Двухпараметрические диаграммы лабораторных образцов полуфабрикатов: исходных (а, г), после второго цикла (б, д) и после пяти циклов переработки (в, е); а,б,в-лиственная полуцеллюлоза; г, д, е - сульфатная хвойная ЦВВ

Таблица б - Влияние многократной переработки на соотношение механизмов разрушения волокнистых полуфабрикатов___

Вклад в механизм разрушения

№ цикла в отн. единицах, % в абс. единицах, МПа^мм"'5 Кк'вр, МПа2-мм0,5 ^кр, мм

ХМ СМ ВМ ХМ СМ ВМ

Сульфатная хвойная ЦВВ

исх. 22,1 59,0 18,9 2022 5397 1730 9148 9,3

2 21,7 48,9 29,4 1524 3440 2066 7030 10,4

5 21,1 46,4 32,5 646 1426 998 3071 12,0

Лиственная полуцеллюлоза

исх. 26,9 42,6 30,6 918 1454 1044 3416 5,0

2 25,5 60,7 13,8 524 1250 285 2059 5,9

5 20,9 65,4 13,7 195 610 127 933 10,0

* Обозначения см. таблицу 2.

Таблица 7 - Изменение структурно-морфологических характеристик волокон при многократной переработке _____

№ цикла Средняя длина, мм Средняя ширина, мкм Число волокон в пробе Грубость, мг Число изломов на волокно и м ^СВ! МПа

Сульфатная хвойная ЦВВ

исх. 2,46 32,23 13678 152,9 0,676 16000 2,67

2 2,14 29,17 15111 161,7 0,285 15200 1,34

5 1,90 28,35 16783 144,0 0,224 15150 0,47

Лиственная полуцеллюлоза

исх. 1,12 29,73 10744 210,3 0,350 13200 1,22

2 0,98 27,52 18389 146,8 0,095 11350 0,86

5 0,95 26,72 20039 126,1 0,076 10100 0,14

Хвойная целлюлоза, имея более гибкие, длинные, склонные к хлопьеобразованию волокна, образует менее однородную структуру. После пяти циклов переобработки за счет изменения фракционного состава в сторону более коротких волокон образуется более равномерная структура и, как следствие, вклад вязкого механизма разрушения ЦВВ возрастает.

Кроме того, наблюдаемые изменения механизма разрушения подтверждаются данными по собственной прочности волокна и межволоконных сил связи. Межволоконные силы связи после пяти циклов для сульфатной ЦВВ снижаются в 6 раз, для полуцеллюлозы - в 9 раз. При этом собственная прочность волокна для образцов полуцеллюлозы в процессе переработки снижается на 30 %, а для образцов сульфатной ЦВВ практически не изменяется.

Значение расчетного критерия разрушения для обоих видов полуфабрикатов после пяти циклов переработки снижается в три раза. Таким образом, он отражает совместное влияние бумагообразующих свойств волокон на механизм разрушения материала.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Получены новые данные о механическом поведении (механизмах разрушения) тарного картона и бумаги для печати при приложении растягивающей нагрузки, которые являются обоснованием способов регулирования технологии этих материалов с целью придания заданных свойств.

2. Экспериментально подтверждена гипотеза о возникновении в структуре бумаги и картона при испытании на растяжение двух видов трещин - магистральной и «крейзы», что предполагает необходимость исследований факторов, обуславливающих величину «критической» длины волокна.

3. На основе экспериментальных данных показана тесная взаимосвязь характеристик трещиностойкости тарного картона и бумаги для печати с составляющей работы разрушения, затрачиваемой на пластическое деформирование при растяжении, что качественно подтверждает применимость критериев механики разрушения твердых тел для исследуемых материалов.

4. Экспериментально обоснована необходимость применения двухпараметрическо-го критерия оценки механизма разрушения структуры бумаги и картона с трещиноподоб-ными дефектами. Предложен усовершенствованный графоаналитический метод и разработано программно-математическое обеспечение для получения и анализа двухпараметриче-ских диаграмм механического поведения бумаги и картона при растяжении.

5. Определены вклады хрупкого, вязкого и смешанного механизмов разрушения, а также значения расчетного критерия разрушения и критических размеров дефектов применительно к флютингу и бумаге для печати в зависимости от вида, размеров и места расположения дефектов. С точки зрения трещиностойкости и потенциальной степени «опасности» рассмотренные дефекты можно расположить в ряд по возрастанию: центральные круглые и краевые полукруглые дефекты; центральные плоские надрезы; клинообразные дефекты и плоские краевые трещины.

6. Постулат нелинейной механики разрушения - трещиностойкость снижается с повышением хрупкости - получил экспериментальное подтверждение и для волокнистых целлюлозно-бумажных материалов. Показано, что максимальная трещиностойкость материала достигается при условии снижения вкладов предельных механизмов разрушения (хрупкого и вязкого) и увеличения вклада смешанного механизма.

7. Установлено, что хрупкий механизм разрушения обусловлен в большей степени собственной прочностью волокна, а вязкий механизм разрушения - межволоконными силами связи.

8. Установлено влияние технологических факторов на величины расчетного критерия разрушения и критических размеров трещин применительно к тарному картону и бумаге для печати. В рамках проведенного эксперимента для образцов тарного картона величина расчетного критерия разрушения имеет диапазон от 5,3 до 5420 МПа2 мм0,5, критического размера дефекта - от 4,0 до 24,5 мм.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Дьякова, Е.В. Устойчивость к инициированию и росту трещин в структуре целлюлозно-бумажных материалов [Обзор] / Б.В. Дьякова, В.И. Комаров, Е.С. Носкова // Леси, журн. - 2097. - №1 - С. 125-140. (Изв. высш. учеб. заведений).

2. Носкова, Е.С. Потенциальный энергетический критерий разрушения тарного картона [Текст] / Е.С. Носкова, Е.В. Дьякова, В.И. Комаров II Целлюлоза. Бумага. Картон. - 2008. -№5-С. 48-53.

3. Комаров, В.И. Влияние анизотропии структуры бумаги на механизм разрушения при растяжении [Текст] / В.И. Комаров, Е.С. Носкова, Е.В. Дьякова // Целлюлоза. Бумага. Картон. - 2009. - № 3 - С. 48-52.

4. Комаров, В.И. Использование теоретических аспектов нелинейной механики разрушения для анализа вязкоупругого поведения структуры бумаги и картона при приложении растягивающей нагрузки [Текст] / В.И. Комаров, Е.С. Носкова, Е.В. Дьякова // Лесн. журн. - 2009. -№2 - С. 104-111. (Изв. высш. учеб. заведений).

5. Дьякова, Е.В. Влияние многократной переработки волокнистых полуфабрикатов на механизм разрушения и трещиностойкость бумаги и картона [Текст] / Е.В. Дьякова, Е.С. Носкова, В.И. Комаров // Целлюлоза. Бумага. Картон. - 2009. - № 6 - С. 37-41.

6. Комаров, В.И. Вязкость разрушения - характеристика качества компонентов гофрированного картона [Текст] / В.И. Комаров, Е.В. Дьякова, Е.С. Носкова // Современные научные основы и инновационные технологии бумажно-картонных материалов с использованием вторичного волокна из макулатуры,- Сб. Междун. науч.техн. конф. - Караваево, науч. тр. - 2006. - С.52-54.

7. Комаров, В.И. Исследование трещиностойкости картона-лайнера [Текст] / В.И. Комаров, Е.В. Дьякова, Е.С. Носкова // Лесной и химический комплексы-проблемы и решения. - Сб. Всероссийской науч.практ. конф. - Красноярск, 09-10 ноября 2006,- том 1,- С. 200-205.

8. Носкова, Е.С. Измерение величины коэффициента Пуассона волокнистых целлюлозно-бумажных материалов [Текст] / Е.С. Носкова // Новейшие технологии для целлюлозно-бумажной промышленности. IPPTF.International Pulp, Paper and Tissue Forum. - Сб. Междун. техн. конф. -Санкт-Петербург, 10-12 октября 2007. - С. 164-168.

9. Носкова, Е.С. Контроль структуры на различных стадиях производства и переработки целлюлозно-бумажных материалов с использованием нового подхода к оценке трещиностойкости [Текст] / Е.С. Носкова, Е.В. Дьякова, В.И. Комаров // Современные массоподготовительные системы бумажно-картонного производства. - Сб. тр. Междун. науч. практ. конф. - Санкт-Петербург, 19-20 февраля 2009. - С. 32-38.

10. Казаков Я.В., Дьякова Е.В., Носкова Е.С., Комаров В.И. Программа для расчета двухпара-метрического критерия разрушения целлюлозно-бумажных материалов (n-параметр). Свидетельство №2009612826 об официальной регистрации программы для ЭВМ. Реестр программ для ЭВМ. Роспатент, 1 июня 2009 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными гербовой печатью и подписями просим направлять по адресу:

163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, АГТУ, диссертационный совет Д 212. 008. 02.

Подписано в печать 17.09.2009. Формат 70x84/16. Усл. печ. л. 1,36. Тираж 100 экз. Заказ № 169.

Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета в типографии ГОУ ВПО «Архангельский государственный технический университет»

163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Основные теории, используемые для описания механического поведения бумаги

1.2. Элементы механики разрушения и характеристики трещиностойкости материалов

1.3. Критерии разрушения

1.4. Выводы по обзору литературы и постановка задачи эксперимента

2. МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1. Определение структурно-морфологических характеристик волокна с помощью анализатора Fiber Tester

2.2. Изготовление образцов и подготовка их к испытаниям

2.3. Определение показателей механической прочности

2.4. Определение межволоконных сил связи

2.5. Определение собственной прочности волокна

2.6. Получение и математическая обработка кривой зависимости «напряжение-деформация»

2.7. Определение вязкости разрушения волокнистого целлюлозно-бумажного материала

2.8. Статистическая обработка результатов исследований

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 54 3.1. Исследование взаимосвязи различных характеристик вязкоупругости и трещиностойкости бумаги и картона 54 3.1.1. Взаимосвязь /-интеграла и работы, затрачиваемой на деформирование и разрушение тарного картона

3.1.2. Взаимосвязь ./-интеграла, работы разрушения и сопротивления раздиранию бумаги для печати

3.2. Графоаналитический метод получения диаграммы механического состояния применительно к целлюлозно-бумажным материалам

3.3. Анализ механизмов разрушения бумаги и картона при одноосном статическом растяжении 77 3.3.1 Анализ различных механизмов разрушения бумаги и картона с трещиноподобными дефектами 77 3.3.2. Влияние вида, размера и места расположения дефектов на форму диаграммы механического состояния

3.4. Влияние параметров структуры и технологических факторов на механизм разрушения и трещиностойкость бумаги

3.4.1. Влияние анизотропии структуры

3.4.2. Влияние влажности

3.4.3. Влияние размола

3.4.4. Влияние упрочняющих добавок

3.4.5. Влияние многократной переработки волокна 107 4. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 114 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 116 ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

КДМ - картоноделательная машина;

БДМ - бумагоделательная машина; с - напряжение, МПа; ар - разрушающее напряжение, МПа;

8 - деформация, %;

8р - деформация разрушения, %;

Р — разрушающее усилие, Н;

L — разрывная длина, м;

Е\ - начальный модуль упругости, МПа;

S, - жесткость при растяжении, кН/м;

TEA - энергия, поглощаемая при растяжении образца до разрушения, Дж/м ; Ар - работа разрушения, мДж;

Ау - работа в упругой зоне, затрачиваемая на деформирование образца до достижения предела упругости, мДж;

А3.у- работа затрачиваемая на деформирование в замедленно-упругой зоне, мДж;

Ап - пластическая составляющая работы разрушения, мДж;

Ах - работа выполняемая в зоне предразрушения, мДж;

J 1С - трещиностойкость, кДЖ/м;

JicW- индекс трещиностойкости, кДж-м/кг;

Kic - критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа-мм0'5; *

К— коэффициент интенсивности напряжений, МПа-мм0'5;

FCB— когезионная способность (межволоконные силы связи) волокна, МПа;

L0- собственная прочность волокна (нулевая разрывная длина), м;

I - длина трещины; мм; lKр - критический размер дефекта, мм;

Ъ - ширина образца, мм;

8 - толщина образца, мкм; р - плотность, г/см3;

СП - степень помола массы, °ШР;

MD - машинное направление;

CD - поперечное направление;

R - сопротивление раздиранию, мН;

Ra - относительное сопротивление раздиранию, мН;

ХМ - вклад хрупкого механизма разрушения;

СМ - вклад смешанного механизма разрушения;

ВМ - вклад вязкого механизма разрушения.

Одной из главных задач развития целлюлозно-бумажной промышленности является совершенствование и создание технологий, направленных на получение продукции с высокой добавленной стоимостью. Прежде всего, это относится к тем видам бумаги и картона, которые перерабатываются в готовые изделия на непрерывном, высокотехнологичном pi высокоскоростном оборудовании. Стабильность работы и эффективность использования таких линий во многом зависит от способности бумаги или картона перерабатываться без обрывов, т.е. обусловлена уровнем дефектности их структуры.

Дефекты структуры бумаги и картона с одной стороны являются следствием существующей технологии их изготовления, а с другой — возникают непосредственно в процессах переработки. Последнее происходит либо случайным образом (надрывы, проколы, задиры, царапины, складки и т.п.), либо является следствием технологических операций (гофрирование, крепирование, рилевание, резка, высечка и др.).

Для оценки поведения бумаги и картона в процессах производства и переработки представляется важным не только количественно учитывать сопротивляемость их структуры к инициированию и развитию трещиноподобных дефектов, но и прогнозировать возможный характер механизма разрушения.

Таким образом, исследования, основанные на общих принципах современной механики разрушения и направленные на развитие теории механического поведения бумаги и картона как структурно-неоднородных и склонных к возникновению дефектов материалов, являются перспективными с точки зрения получения новых знаний и актуальными для практического применения.

Целью настоящей диссертационной работы является развитие научных представлений о трещиностойкости и механизмах разрушения бумаги и картона с позиций нелинейной механики разрушения для последующего направленного регулирования потребительских свойств.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Установить взаимосвязь между характеристиками, оценивающими тре-щиностойкость и вязкоупругость бумаги и картона при разрушении.

2. Адаптировать и усовершенствовать графоаналитический метод получения двухпараметрических диаграмм механического поведения применительно к целлюлозно-бумажным материалам.

3. Определить вклады хрупкого, смешанного и вязкого механизмов разрушения, наблюдаемые в условиях одноосного растяжения бумаги и картона с тре-щиноподобными дефектами.

4. Исследовать влияние параметров структуры на механизм разрушения при растяжении бумаги и картона.

5. Оценить изменения в механизме разрушения бумаги и картона при растяжении в зависимости от технологических факторов.

Отличаются существенной новизной и выносятся на защиту:

- данные исследования взаимосвязи характеристик вязкоупругости и трещино-стойкости при растяжении тарного картона и бумаги для печати;

- усовершенствованный метод и программное обеспечение, позволяющие получать и обрабатывать двухпараметрические диаграммы механического поведения бумаги и картона при испытаниях на одноосное растяжение;

- экспериментальные данные о соотношении хрупкого, вязкого и смешанного механизмов разрушения структуры бумаги и картона с трещиноподобными дефектами;

- анализ влияния вида, размера и места расположения трещиноподобных дефектов на поведение структуры бумаги и картона при разрушении;

- установленные закономерности изменения вкладов различных механизмов разрушения бумаги и величины двухпараметрического расчетного критерия разрушения в зависимости от технологических факторов и структурных характеристик.

Основная часть работы выполнена на кафедре технологии целлюлозно-бумажного производства Архангельского государственного технического университета, отдельные эксперименты и испытания - в лабораториях ОАО «Архангельский ЦБК».

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

4. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Получены новые данные о механическом поведении (механизмах разрушения) тарного картона и бумаги для печати при приложении растягивающей нагрузки, которые являются обоснованием способов регулирования технологии этих материалов с целью придания заданных свойств.

2. Экспериментально подтверждена гипотеза о возникновении в структуре бумаги и картона при испытании на растяжение двух видов трещин - магистральной .и «крейзы», что предполагает необходимость исследований факторов, обуславливающих величину «критической» длины волокна.

3. На основе экспериментальных данных показана тесная взаимосвязь характеристик трещиностойкости тарного картона и бумаги для печати с составляющей работы разрушения, затрачиваемой на пластическое деформирование при растяжении, что качественно подтверждает применимость критериев механики разрушения твердых тел для исследуемых материалов.

4. Экспериментально обоснована необходимость применения двухпараметрического критерия оценки механизма разрушения структуры бумаги и картона с трещиноподобными дефектами. Предложен усовершенствованный графоаналитический метод и разработано программно-математическое обеспечение для получения и анализа двухпараметрических диаграмм механического поведения бумаги и картона при растяжении.

5. Определены вклады хрупкого, вязкого и смешанного механизмов разрушения, а также значения расчетного критерия разрушения и критических размеров дефектов применительно к флютингу и бумаге для печати в зависимости от вида, размеров и места расположения дефектов. С точки зрения трещиностойкости и потенциальной степени «опасности» рассмотренные дефекты можно расположить в ряд по возрастанию: центральные круглые и краевые полукруглые дефекты; центральные плоские надрезы; клинообразные дефекты и плоские краевые трещины.

6. Постулат нелинейной механики разрушения - трещиностойкость снижается с повышением хрупкости - получил экспериментальное подтверждение и для волокнистых целлюлозно-бумажных материалов. Показано, что максимальная трещиностойкость материала достигается при условии снижения вкладов предельных механизмов разрушения (хрупкого и вязкого) и увеличения вклада смешанного механизма.

7. Установлено, что хрупкий механизм разрушения обусловлен в большей степени собственной прочностью волокна, а вязкий механизм разрушения -межволоконными силами связи.

8. Установлено влияние технологических факторов на величины расчетного критерия разрушения и критических размеров трещин применительно к тарному картону и бумаге для печати. В рамках проведенного эксперимента для образцов тарного картона величина расчетного критерия разрушения имеет диапазон от 5,3 до.

Л Л £

5420 МПа -мм ', критического размера дефекта - от 4,0 до 24,5 мм.

1. Фляте, Д.М. Свойства бумаги. Текст. / Д.М. Фляте. // изд. 3-е, перераб. и доп. -М.: Леси, пром-сть, 1986. 680 с.

2. Algar, W.H. Effekt of structure on the Mechanical properties of Paper. Consolidation of the Paper Web. London.: 1966. - P. 814-849.

3. Fundamental Properties of Paper (Research symposium) // Tappi. 1974. - V. 57. №-2.-P. 21-22. .

4. Белоглазов, В.И. Анизотропия деформативности и прочности тарного картона и. методы ее оценки Текст./ В.И. Белоглазов, А.В. Гурьев, В.И. Комаров // под ред. проф. В.И. Комарова. Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2005. — 252 с.

5. Сташкявичус, Ю.-А. Ю. Непосредственное исследование структуры бумаги и картона / Ю.-А. Ю. Сташкявичус // Целлюлоза, бумага и картон. 1976. -№ 4. - С.15.

6. Tryding, J. In-plane fracture of paper / J. Tryding // Lund university. Lund institute of technology. Division of Structural Mechanics. Sweden: 1996. -136p.

7. Элгар, В. Влияние структуры на механические свойства бумаги Текст. / В. Элгар // Consolidate Paper Web: сб.-London, 1966.-P. 814-849, 1045, 1067.

8. Финкелыптейн, Г.Э. Структура бумаги Текст. / Г.Э. Финкелынтейн, Д.М. Фляте. — М.: Лесн. пром-сть, 1969. 56 с.

9. Малмейстер, А.К., Сопротивление жестких полимерных материалов Текст. / А.К. Малмейстер, В.П. Тамуж, Т.А. Тегерс -Рига: Зинатне, 1972. 500 с.

10. Page, D.H. A theory for the tensile strength of paper / D.H. Page // Tappi. 1969.- № 4 — P. 674-681.

11. Wrist, P.E. New conception paper structure and paper physics/ P.E. Wrist // Tappi.- 1966. V. 49, № 73. - P. 287-292.

12. Page,D.N. Structure and properties of paper. Part I. Trend, 1969.-№ 15.-P.7-12.

13. Page, D.N. Structure and properties of paper. PartП.-Trend, 1971,- № 18.- P.6-11.

14. Lepoutre, P. Paper coatings: structure-property relationships / P.Lepoutre // Tappi. 1976.-V.59.-P. 70-75.

15. Гудков, В.К. Измерение структурной неоднородности бумажного полотна с использованием лазерного излучения Текст. / В.К. Гудков // Исследования в области технологии бумаги: сб. тр. ЦНРШБ. 1979. - Вып. 17 - С. 149-162.

16. Вайсман, JI.M. Структура бумаги и методы ее контроля. Текст. / JI.M. Вайсман. -М.: Лесн. пром-сть, 1973. 150 с.

17. Корте, X. Пористая структура бумаги Тект. / X. Корте // Основные представления о волокнах, применяемых в бумажной промышленности. -М.: Гослесбумиздат, 1962. С. 314-345.

18. Финкелыдтейн, Г.Э. Новые методы анализа структуры бумаги Текст. / Г.Э. Финкелыитейн // Сб. тр. УкрНИИБ. 1970. - Вып.13. - С. 19-38.

19. Van den Akker, J.A. Structure and tensile characteristics of paper / J.A. Van den Akker//Tappi. 1970.-V. 53, № 3.-P. 388^00.

20. Бадусов, A.A. Структура картона и его прочность Текст. / А.А. Бадусов, Г.А. Тольский // Бум. пром-сть. 1972. - № 5. - С. 4-6.

21. Бобров, А.И. Исследование зависимости бумагообразующих свойств от ультраструкгуры целлюлозных волокон / А.И. Бобров и др. // Исследования в области технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. 1976. — Вып. 11.-С. 82-95.

22. Апсит, С.О. Бумагообразующие свойства волокнистых полуфабрикатов Текст. / С.О. Апсит, А.В. Килипенко М.: Лесн. пром-сть, 1972. - 88 с.

23. Paavilainen, L. Влияние морфологии волокна и способов обработки на свойства бумаги из хвойной сульфатной целлюлозы Текст. / L. Paavilainen // Annual Report 1993-1994, Helsinki University of Technology Laboratory of Pulping Technology. P. 54-55.

24. Андрейченко, В.Я. Структура и механические свойства бумажного листа Текст. / В .Я. Андрейченко // ВНИИБ: тр. ин-та. Л.: Лесн. пром-сть, 1970 -Вып. 56.-С. 129-133.

25. Комаров В.И. Деформация и разрушение волокнистых целлюлозно-бумажных материалов Текст. / В.И. Комаров Архангельск: Издательство АГТУ, 2002. -440 с.

26. Bither, T.W. Strength development through refining and wet pressing / T.W. Bither, J.F. Waterhouse // Tappi J., November 1992. P. 201-208.

27. Cox, H.L. The elasticity and strength of paper and other fibrous materials / H.L. Cox // Brit. J. Appl. Phys., 1952. Vol. 3 - P. 72-79.

28. Perkins, R. W. A study of the inelastic behavior of paper / R. W. Perkins, R.E. Mark, C. Cosby, A.R. K. Eusufzai // Int. Paper Phys. Conf., 1983. P. 105-110.

29. Клемм, П. Пластичность и упругость бумаги Текст. / П. Клемм // Woehenblatt fur Papirfabrication 1937. - № 48.

30. Каллмес, О.Д. Упругость бумаги Текст. / О.Д. Каллмес, И.Х. Штокел, Д.А. Беркнер // Paper Magazine of Canada. 1963. - October. - P. 449-456. . .

31. Кемпбелл, Д. Структурная теория эластичности бумаги Текст. / Д. Кемпбелл // Appita. 1963. - № 5 - Р. 130-136.

32. Гольдшмидт, А. Механизм разрыва бумаги Текст. / А. Гольдшмидт, Б. Уоррен // Svensk Paperstidning. 1968. - № 13-14 - С. 477-481.

33. Kopkin, В. On-line measurements of strength and elastic properties of a running paper web / B. Kopkin // TAPPI Journal. 1999. - 82 (5).

34. Steenberg, B. Paper is a visko-elastic body. Part II // Swensk Papperstinding -1947. Vol. 50, №6. P. 127.141, № 15.-P. 346.351.

35. Бабаевский. П.Г. Трещиностойкость отвержденных полимерных композиций Текст. / П.Г. Бабаевский, С.Г. Кулик. М.: Химия, 1991. - 336 с.

36. Бабурин, С.В. Реологические основы процессов целлюлозно-бумажного производства. Текст. / С.В.Бабурин, А.И Киприанов М.: Лесн. пром-сть, 1983.- 192с.

37. Бабурин, С.В. К вопросу о механических моделях бумаги Текст. / С.В. Бабурин, С.В.Назаров, С.А. Летков // Исследования в области технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ, М.: 1980. С.70.75.

38. Кузнецова, М.Ю. Вязкоупругость наполненных целлюлозно-бумажных материалов Текст.: дисс. .канд. техн. наук / Кузнецова Мария Юрьевна. -Архангельск: АГТУ, 2001. 218 с.

39. Scott, W.E. Properties of paper: An Introduction / W.E Scott. Atlanta GA.: Tappi press, 1989.

40. Waterhouse, I.F. The Mechanical Properties of Paper / I.F. Waterhouse // Pulp and Paper Manufacture. Atlanta, GA, USA: Tappi press, Vol. 9.-P. 30348-54113.

41. Markstrom, H. The elastic properties of paper / H.Markstrom // Test methods and measurement instruments Stockholm: Lorentzen and Wettre, 1993 — 45 p.

42. Севере, Э. Реология полимеров Текст. / Э. Северс-М: Химия, 1966. 340 с.

43. Scowronski, J. A phenomenological study of the tensile deformation properties of paper / J. Scowronski, A. Robertson. // International Paper Physics Conference: Tappi Proceedings, 1983 P. 95-103.

44. Сторе, С. Описание поведения бумаги с помощью реологических моделей / С. Сторе // Przeglad Papierniczy. 1984. - №11. - С. 328-384.

45. Гермелис, А.А. Определение реологических характеристик полимерных материалов из статичесю!х кривых «ст-е», кривых ползучести и релаксации Текст. / Гермелис А.А., В.А. Латишенко // Механика полимеров 1967. -№6.-С. 977-988.

46. Малмейстер, А.К. Статистическая интерпретация реологических уравнений Текст. / А.К. Малмейстер // Механика полимеров.- 1966. №2. - С. 151-158.

47. Ржаницын, А.Р. Теория ползучести. Текст. / А.Р. Ржаницын М.: Стройиздат, 1968.-418 с.

48. Steenberg, В. Behaviour of paper under stress and strain / B. Steenberg // Pulp and Paper Mag. Of Can., 1949. Vol. 50 - P.220.

49. Комаров, В.И. Деформативность целлюлозно-бумажных материалов Текст.: автореф. дис. .докт. техн. наук / В.И. Комаров. — Архангельск, 1999. — 56 с.

50. Niskanen, К. Papermaking Sience and Technology. book 16 Paper Physics. -Printed by Gummerus Printing, Jyvaskyla, Finland 1998 - 324 p.

51. Кларк, Дж. Технология целлюлозы Текст. / Дж. Кларк М.: Лесн. пром-сть, 1983.-456 с.

52. Page, D. Н. The elastic modulus of paper: II. The importance of fiber modulus, bonding and fiber length / D. H. Page, R. S. Seth // Tappi, 1980. P. 113-116.

53. Портной, К.И. Структура и свойства композитных материалов Текст. / К.И. Портной, С.Е. Салибеков, И.Л. Светлов, В.М. Чу баров. М.: Машиностроение^ 1979.-255 с.

54. Комаров, В.И. Критическая длина волокна фактор, определяющий деформативность и прочность целлюлозно-бумажных материалов Текст. /

55. B.И. Комаров // Лесн. журн. 1993. - № 4. - С. 79 - 83. (Изв. высш. учеб. заведений).

56. Van den Akker, J.A. Some theoretical considerations on the mechanical properties of fibrous structure / J.A. Van den Akker // In: Formation and structure of paper. -London, 1962.-P. 205-241.

57. Комаров, В.И. J- интеграл характеристика структуры целлюлозно-бумажных материалов Текст. / В.И. Комаров // Целлюлоза, бумага, картон. -1997.-№.5-6.-С. 26-29. .

58. Комаров, В.И. Трещиностойкость — характеристика прочности бумаги и картона Текст. / В.И. Комаров, Е.В. Дьякова. // Бумага и жизнь. № 6 (72).1. C. 48-52.

59. Хайкин, С.Э. Физические основы механики Текст. / С.Э. Хайкин. М.: Наука, 1971.-751 с.

60. Гордон, Дж. Почему мы не проваливаемся сквозь пол Текст. / Дж. Гордон. -М.: Мир, 1971.-272 с.

61. Fellers С. Fracture Toughness: Has this been useful? / C.Fellers // Euromech Colloquium 486. Deformation and Fracture Processes in Paper and Wood Materials.: Sundsvall, Sweden,—2006.

62. Broberg, К. B. Fracture mechanics theoria or tekhne? / К. B. Broberg // Int. J. Fracture, 1992. - Vol. 57 - P. 85-99.

63. Broberg, К. B. Critical review of some methods in nonlinear fracture mechanics / К. B. Broberg // Engng Fracture Mech., 1995. Vol. 50 - P. 157-164.

64. Helle, Т. Fracture mechanics of paper, in Design criteria for paper performance // T. Helle, P. Kolseth, C. Fellers, L. Salmen, M. Rigdahl // STFT-meddelande, 1987. P. 969.

65. Derrick, M. S. W. Investigation of an alternative technigue to measure fracture toughness of paper / M. S. W. Derrick // Australian pulp and paper institute/ Depatment of Chemical Engineering, August, 2004. 224 p.

66. Griffith, A.A. The phenomena of rupture and flow in solids// Phil.Trans/ Roy/ Soc/ А/ 1921.221.№2.P/163-198, Griffith A.A. The theory of rupture/Proc.Fist Int. Congr. Appl. Mech. Delft. 1924. P. 55-63

67. Obreimoff, J.W Splitting Strength of Mica / J.W Obreimoff // Proceedings of Royal Society of London. Series A. - Vol/ CXXVII, № 804. - P.290-297.

68. Steadman, R. Fracture toughness characterization of paper at different climates / R. Steadman, C. Fellers // Int. Paper Physics Conf., Auberge Mont Cabri- Mont -Rolland, Quebec, Canada. 1987.

69. Casey, I.P. Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology / LP. Casey // A . .wiley Interscience Publication. - New York, 1989 - 1990. - Vol. III. - P. 14471943.

70. Waterhouse, I.F. The Mechanical Properties of Paper / I.F. Waterhouse // Pulp and Paper Manufacture Atlanta, GA, USA: Tappi,- Vol. 9. - P.3348-5113.

71. Seth, R.S. Fracture resistance: a failure criterion for Paper / R.S. Seth, D.H. Page // Tappi.- 1975.-№9.-P. 112-117.

72. Seth, R. S. Fracture resistance in paper / R. S. Seth, D. H. Page // J. Material Sci., 1974. Vol. 9 - P. 1745-1753.

73. Комаров, В.И. Вязкоу пру гость целлюлозно-бумажных материалов Текст. / В.И. Комаров // Лесн. журн. 1997. - № 6. - С. 25-44 (Изв. высш. учеб. заведений).

74. Seth, R. S. Measurement of in-plane fracture toughness of paper / R. S. Seth // Tappi J., 1995. Vol. 78(10) - P. 177-183.

75. Choi, D. Progressive deformation at the crack tip in paper during Mode I fracture. Part I bond paper Text. / D. Choi, J.L. Thorpe // Tappi. - 1992. - № 10. - P. 92-98.

76. Fellers, C. Crack tip characterization in paper / C. Fellers, F. Nilsson, L. Delhage // Journal of Pulp and Paper Science. 1997.-Vol. 23, № 6. -.P. 169-276.

77. Работнов, Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела Текст. / Ю.Н. Работнов. М.: Наука., глав. ред. физ.-мат. лит., 1979. - 744 с.

78. Сахаров, А.С. Метод конечных элементов в механике твердых тел Текст. / под ред. А. С. Сахарова, И. Альтенбаха. К.: Вища шк., 1982. - 480 с.

79. Цвик, Л.Б. Применение метода конечных элементов в статике деформирования Текст.: учебное пособие / Л.Б. Цвик. Иркутск: Изд-во Иркутского университета, 1995. - 128 с.

80. Колесников, Ю.В. Механика контактного разрушения Текст. / Ю.В. Колесников, Е.М. Морозов М.\ Наука., гл. ред. физ.-мат. лит., 1989. - 224 с. -ISBN 5-02-0140008-2.

81. Paper Testing and Process Optimization Catalog. LorentzenandWettoe, 1994. -200 p.

82. SCAN-P77:95. Papers and Boards. Fracture Toughness. Scandinavian pulp, paper and board. Testing Committee. 8 p.

83. Griffith, А.А. The Phenomena of Rupture and Flow in Solids. Phil. Trans, of Royal Soc. of London, 221, London, 1921. - P. 163-198.

84. Леонов, М.Я. Упрощенная модель хрупкого тела Текст. / М.Я. Леонов // Инф. бюл. Науч. совет по пробл. «Научн. основы прочности и пластичности». 1960. - №1. - С. 85-92.

85. Бартенев, Г. М. Прочность и механизм разрушения полимеров Текст. / Г.М. Бартенев М.: Химия, 1984. - 280 с.

86. Пестриков, В.М. Механика разрушения твердых тел Текст. / курс лекций — В.М. Пестриков, Е.М. Морозов. СПб.: Профессия, 2002. - 320 с.

87. Irvvin, G.R. Analysis of stresses and strains near of a crack traversing a plate / G.R. Irwin // J. Appl. Mech. 1957. - № 3. - P. 361-364.

88. Роузен, Б. Разрушение твердых полимеров Текст. / Перевод с англ. под. ред. В.Е. Гуля —М.: 1971.-527 с.

89. Работнов, Ю.Н. Введение в механику разрушения Текст. / Ю.Н. Работнов. -М.: Наука., 1987 80 с.

90. Хеллан, К. Введение в механику разрушения Текст. / К. Хеллан : Пер. с англ. М.: Мир, 1988. - 364с.

91. Нарисава, И. Прочность полимерных материалов Текст. / И. Нарисава. М.: Химия., 1987.-400 с.

92. Мусхелишвили, Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости Текст. / Н.И. Мусхелишвили. М.: Издательство академии наук СССР, 1954. - 647 с.

93. Савин, Т.Н. Концентрация напряжений около отверстий Текст. / Т.Н. Савин. М.: Гос. изд. тех.-теорет. лит-ры., 1951. - 496 с.

94. Нейбер, Г. Концентрация напряжений Текст. / Г. Нейбер. М.; JL: Гостехиздат, 1947. - 204 с.

95. Gustafsson, Р.J. Fracture mechanics studies of non-yielding materials as concrete / P.J. Gustafsson // Ph. D. Thesis LUTVDG. Div. of Build Materials. Lund, 1985.

96. Hillerborg, A. Analysis of crack formation and crack growth in concrete by means of fracture mechanics finite elements / A. Hillerborg, M. Modeer, P. E. Petersson // Cement and Concrete Research, 1976. Vol. 6 - P. 773-782.

97. Andersson, H. Analysis of a non-linear crack model / H.Andersson, H. Bergkvist // J. Mech. Phys. Solids, 1970. Vol. 18 - P. 1-28.

98. Bazat, Z. P. Cohesive crack model for geomaterials: Stability analysis and rate effect. / Z. P. Bazat, Y-N. Li. // Appl. Mech. Rev. 1994 Vol. 6(2) - P. 91-96.

99. Ostlund, S. Cohesive modeling of process regions for cracks in linear elastic structures fundamental aspects / S. Ostlund, F. Nilsson // Fatigue Fract. Engng Mater. Struct., 1993.-Vol. 16(2)-P. 215-235.

100. Fleck, N.A. Strain gradients plasticity: theory and experiment / N.A.Fleck, G. M. Muller, M. F. Ashby, J. Hutchinson // Acta Metall. Mater., 1994. P. 475-484.

101. Koiter, W. T. Couple stresses in the theory of elasticity, I and II. / W. T. Koiter. // Proc. Ned. Akad. Wet. (B), 1964. Vol. 67(1), P. 17-44.

102. Bazat, Z. P. Nonlocal continuum damage, localization instability and convergence. / Z. P. Bazat, G. Pijaudier-Cabot. // ASME J. Appl. Mech., 1988. -Vol. 55-P. 287-293.

103. Eringen, A.C. On nonlocal plasticity / A.C. Eringen // Prentice-Hall, 1981.

104. Nilsson, C. On nonlocal plasticity, strain softening and localization / C. Nilsson // Ph. Thesis LUTVDG, Dep. Of Structural Mech., Lund: 1994.

105. Stromberg, L. FE-formulation of a Nonlocal Plasticity Theory / L. Stromberg, M. Ristinmaa // Сотр. Meth. Appl. Mech. Engng., 1996. Vol. 136 - P. 127-144.

106. Borst, R. Dc Gradient-dependent plasticity: Formulation.and algorithmic aspects . / R. De Borst, H.B. Muhlhaus // Int. J. Numer. Meth. Eng., 1992. Vol. 35 - P. 512-539.

107. Muhlhaus, H.B. A variational principle for gradient plasticity / H.B. Muhlhaus, E.C. Aifantis // Int. J. Solids Struct., 1991. Vol. 28 - P. 845-857.

108. Schreyer, H. L. Analytical solutions for nonlinear strain-gradient softening and localization // ASME J. Mech., 1990. Vol. 57 - P. 522-528.

109. Черепанов, Т.П. О распространении трещин в сплошной среде Текст. / Т.П. Черепанов // Прикл. математика и механика. 1967. - № 3. — С.476-488.

110. Rice, J.R. A path independent integral and the approximate analysis of strain concentration by notches and crack / J.R. Rice // J. Appl. Mech. 1968. - № 4. -P. 379-386.

111. Леонов, М.Я. Развитие малых трещин в твердом теле / М.Я Леонов, В.В. Панасюк//Прикл. механика. 1959. -№ 4. - С. 391-401.

112. Wells, А.А. Application of fracture mechanics at and beyond general yielding / A.A. Wells //Brit. Weld. J. 1963. -№ 11. - P. 563-570.

113. Irwin, G.R. In: Handbuch der Phisik. Berlin, Springer, 1958. - Bd. 6.-P. 551-590.

114. Броек, Д. Основы механики разрушения. Текст. / Д. Броек М.: Высш. шк., 1980.-368 с.

115. Нотт, Дж.Ф. Основы механики разрушения Текст. / Дж.Ф. Нотт // Пер. с англ. под ред. В.Г. Кудряшова. М.: Металлургия, 1978. - 256 с.

116. Партон, В.З. Механика упругопластического разрушения Текст. / В.З. Партон, Е.М. Морозов. // 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1985. -504с.

117. Бартенев, Г.М. Физика и механика полимеров Текст. / Г.М. Бартенев, Ю.В. Зеленев. -М.: Высш. шк., 1983. 391 с.

118. Фудзии, Т., Дзако М. Механика и разрушение композиционных материалов Текст. / Т. Фудзии, М. Дзако М.: Мир, 1967. - 284 с.

119. Мэттьюз, Ф. Композитные материалы. Механика и технология. Текст. / Ф. Мэттыоз, Р. Ролингс. // пер. с англ. Баженова С.Л. М.: Техносфера, 2004. -408 с.

120. Черепанов, Г.П. Механика хрупкого разрушения Текст. / Г.П. Черепанов -М.: Наука, 1974.-640 с.

121. Райе, Дж. Не зависящий от пути интеграл и приближенный анализ концентрации деформаций у вырезов и трещин Текст. / Дж. Райе // тр. Амер. о-ва инженеров-механиков. Прикл. механика. 1968.-№4.-С. 340-350.

122. Райе, Дж. Математические методы в механике разрушения Текст. / Дж. Райе // Разрушение. Т. 2.- М.: Мир, 1975. С. 204-335.

123. Панасюк, В.В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами Текст. / В.В. Панасюк. — Киев: Наука думка, 1968. 248 с.

124. Морозов, Е.М. Об одном обобщении 5С теории трещин Текст. / Е.М. Морозов. - Прикладная механика, 1970. - Т.6. - № 4. - С. 128-131.

125. Ruvo, A. De. The biaxial strength of paper / A. De. Ruvo, L. Carlsson, C. Fellers // Tappi J., 1980. Vol. 63(5) - 133 p.

126. Tryding, J. A modification of the Tsai-Wu failure criterion for the biaxial strength of paper / J. A Tryding // Tappi J., 1994. Vol. 77 (8) - 132 p.

127. Дроздовский, Б.А. О двух механических характеристиках, оценивающих сопротивление разрушению Текст. / Б.А. Дроздовский, Е.М. Морозов. // Заводская лаборатория. 1971. -№ 1. - С. 73-89.

128. Морозов, Е.М. Анализ трещин как метод оценки характеристик разрушения Текст. / Е.М. Морозов, Я.Б. Фридман. // Заводская лаборатория. 1966. -№ 8 - С. 977-984.

129. Керштейн, И.М. Основы экспериментальной механики разрушения Текст. / И.М. Керштейн, В.Д. Клюшников, Е.В. Ломакин М.: Изд-во Моск. унта, 1989. - 140 с.

130. Матвиенко, Ю.Г. Двухпараметрические критерии разрушения на основе энергетических представлений Текст. / Ю.Г. Матвиенко, Е.М. Морозов. // Заводская лаборатория, 1990. № 12 - С. 79-82.

131. Пестриков, В.М. Механика разрушения на базе компьютерных технологий. Практикум Текст. / В.М. Пестриков, Е.М. Морозов. СПб.: БХВ-Петербург, 2007 - 464 с.

132. ГОСТ 25.506-85 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.Текст. Введ. 27.03.85.

133. ГОСТ 14363.4-89. Целлюлоза. Метод подготовки проб к физико-механическим испытаниям. Введ. 01.01.91.

134. ГОСТ 13523-78. Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод кондиционирования образцов. Введ. 01.10.78.

135. ГОСТ 16932-93 (ИСО 638-78). Целлюлоза. Определение содержания сухого вещества. Введ. с 01.01.95.

136. ГОСТ 27015-86. Бумага и картон. Методы определения толщины, плотности и удельного объема. Взамен ГОСТ 13199-67, ГОСТ 12432-77. Введ. 01.07.87.

137. ГОСТ 13525.8-86. Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод определения сопротивления продавливанию. Взамен ГОСТ 13525.8-78, ГОСТ 13648.7-78. Введ. 01.01.88.

138. ГОСТ 13525.1-79. Полуфабрикаты волокнистые, бумага и картон. Метод определения прочности на разрыв и удлинения при растяжении. Взамен ГОСТ 13525.1-68. Введ. 01.07.80.

139. ГОСТ 13525.3-97 (ИСО 1974-90). Полуфабрикаты волокнистые и бумага. Метод определения сопротивление раздиранию (метод Эльмендорфа). -Взамен ГОСТ 13525.3-78. Введ. 01.07.2001.

140. Иванов С.Н. Силы сцепления волокон в бумаге // Бум. пром-сть 1948. -№3. - С. 8-17.

141. Page D.H. A theory for the tensile strength of paper // Tappi 1969 - № 4 - P. 674-681.

142. Комаров В.И., Казаков Я.В. Анализ механического поведения целлюлозно-бумажных материалов при приложении растягивающей нагрузки // Лесной вестник. 2000. - №3(12). - С. 52-62.

143. Оптимизация качества. Сложные продукты и процессы / Э.В. Калинина,

144. A.Г. Лапига, В.В. Поляков и др. М.: Химия, 1989. - 256 с.

145. Комаров В.И., Ленюк Н.А. Статистические методы контроля и управления качеством на предприятиях ЦБП: Учебное пособие Л.: ЛТА, 1987 - 76 с.

146. Пен Р.З. Планирование эксперимента в Statgraphics. Красноярск: СибГТУ-Кларетианум, 2003. - 246 с.

147. Сковронский Е. Новый метод определения механизма разрыва бумаги Текст. / Е. Сковронский. Przeglad Papierniczy. - 1975. - № 7-8. - С.289-290.

148. Кулешов, А.В. Бумагообразующие свойства вторичных растительных волокон Текст. / А.В. Кулешов, А.С. Смолин // Химия растительного сырья.-2008.-№ 2.-С. 109-112

149. Кулешов, А.В. Изменение основных характеристик целлюлозных волокон при их циклическом использовании Текст. / А.В. Кулешов, А.С. Смолин,

150. B.И. Комаров, Я.В. Казаков. // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2008. - № 3.1. C. 48-50.

151. Howard, R.C. The effects of recycling on paper guality // Journal of Pulp & Paper Science. 1990. - T. 16, № 5. - P. 143-149.

152. Программа для расчета двухпараметрического критерия разрушения целлюлозно-бумажных материалов (п-параметр)

153. Правообладатель(ли): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Архангельский государственный технический университет» (RU)

154. Автор(ы): Казаков Яков Владимирович,

155. Дьякова Елена Валентиновна, Носкова Елена Сергеевна,

156. Комаров Валерий Иванович (RU)1. Nр•Л,-J ,a i-f^1. S . v.' ,1 •>> ^ •! - С ч ",:>1. Заявка № 2009611444

157. Дата поступления 3 апреля 2009 Г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ; 1 июня 2009 г.1. Ьг1. У д

158. Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной VVc8' собственности, патентам и товарным знакам