На практике изделия из полимеров работают в условиях сложного напряженного состояния. Отсюда возникает проблема оценки условий перехода материала в предельное состояние при произвольном напряженном состоянии. Пространственное напряженное состояние при деформировании полимерных материалов возникает не только при геометрически сложных схемах нагружения изделия, но и в наиболее опасных местах (вблизи вершины растущих трещин и образовавшихся разрывов) при макроскопически одноосном нагружении образца.

Проблема оценки условий и предсказания направления дальнейшего распространения разрывов также связана с определением критического состояния материала при сложном напряженном состоянии. Подход к оценке предельных состояний при сложном напряженном состоянии для полимеров практически мало отличается от ранее разработанного для металлов и упругопластических сред.

Эта общность не случайна, но связана она не столько с физической природой предельных состояний, сколько с формальной необходимостью использовать для характеристики критических состояний материала величины, инвариантные к выбору ориентации осей координат при описании напряженного состояния. Поэтому внешняя аналогия формул, используемых для оценки предельного состояния стеклообразных и кристаллических полимеров и упругопластических сред и даже тождественность применения терминологии (предел текучести) еще не могут рассматриваться как доказательство эквивалентности механических явлений, отвечающих критическим состояниям различных материалов. Тем не менее методы, разработанные применительно к упругопластическим средам, остаются целесообразными и плодотворными и при изучении предельных состояний полимеров.

Заметим, что именно такой подход в подавляющем числе случаев используется в работе проектных организаций при расчете и проектировании конструкций из полимерных материалов, и инженерные критерии прочности (пластичности) в настоящее время сохраняют основное практическое значение при расчетах на прочность. Различные факторы способствовали тому, что, начиная с 60-х годов настоящего столетия, возник серьезный интерес к исследованиям пластичности твердых полимеров. В первую очередь это было связано с тем, что классическая теория пластичности оказалась полезной при рассмотрении процессов формования, вальцевания и вытяжки полимеров.

Стало также очевидным, что явление перехода через предел текучести тесно связано с другими механическими свойствами материала и важно для понимания всего комплекса представлений о механическом поведении полимеров. Действительно, рассматриваемое явление выражается в резком возрастании податливости тех или иных структурных элементов при достижении некоторого характерного напряженного состояния, вследствие чего становится возможным развитие больших деформаций. Возможно, что рассматриваемое возрастание податливости в полимерах по физическому механизму, по крайней мере в некоторых случаях, имеет много общего с переходом в пластическое состояние низкомолекулярных тел. Однако в полимерах в отличие от низкомолекулярных кристаллов между твердым (стеклообразным) и пластическим (текучим) состояниями лежит высокоэластическая область.

При обсуждении влияния гидростатического давления на рассматриваемое явление отмечалось, что в принципе возможны различные физические механизмы, приводящие к развитию больших деформаций в полимерах, причем некоторые из них могут отвечать за развитие действительно пластических, а другие — обратимых (высокоэластических) деформаций. В соответствии с этим описание наблюдаемых явлений может быть выполнено с помощью различных критериев, определяющих положение и форму критических поверхностей в пространстве напряжений.

Реализация того или иного случая зависит от того, какая из различных критических поверхностей будет отвечать меньшим значениям напряжений при выбранной геометрической схеме нагружения. Возможность существования различных критических явлений и отвечающих им различных критериев особенно важна для интерпретации наблюдаемых экспериментальных фактов. Таким образом, распространение методов теории пластичности на рассмотрение критической точки кривой напряжение-деформация, т. е. предела текучести, и поиски соответствующих критериев пластического состояния остаются весьма плодотворными, поскольку используемый при этом феноменологический подход справедлив для любого критического явления, безотносительно того, каким физическим механизмом определяется наступление этого конкретного явления.

Рассмотрим возможность применения различных критериев теории пластичности для описания перехода через предел текучести в полимерах. Будет также показано, что, хотя положение критической точки в полимерных материалах зависит от температуры и скорости де- Формации, при надлежащем выборе условий эксперимента могут быть измерены значения напряжения, отвечающие пределу текучести, которые удовлетворяют традиционным критериям текучести.

Существование температурной и скоростной зависимостей критических параметров затрудняет установление фундаментальных закономерностей рассматриваемого явления, однако выявление наиболее общих феноменологических закономерностей обсуждаемого эффекта и выбор подходящих измеряемых параметров, характеризующих переход через предел текучести, может быть осуществлен. В дальнейшем изложении под пределом текучести будет пониматься истинное напряжение, отвечающее максимуму кривой напряжение-деформация. Поскольку максимум нагрузки при деформировании полимерных материалов достигается при относительно небольших деформациях, такое определение предела текучести практически равносильно его инженерной оценке по отношению максимальной нагрузки к площади начального сечения образца.

На диаграммах деформирования некоторых полимеров не наблюдается какого-либо падения нагрузки. В этом случае определение предела текучести производится условно и в качестве него принимается напряжение, соответствующее некоторой нормированной деформации.

Важность обсуждения вопроса о характере изменения напряжений в области, соответствующей пределу текучести, связана с тем, что он ограничивает область однородного деформированного и напряженного состояний. До этой области еще сохраняется первоначальная структура материала. Предельное напряжение при растяжении пластических материалов полностью определяется диаграммой деформирования, а не прочностными свойствами образца, если только разрушение не происходит ранее.

Этим объясняется практическая важность предела текучести для многих полимерных материалов. Действительно, именно достижение предела текучести определяет границу возможного практического использования изделия или конструкции в гораздо большей степени, нежели предел прочности, если, конечно, образец предварительно не разрушается хрупко.