ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сжатие однонаправленных волокнистых композитов из "Механика разрушения композитных материалов " Хрупкий однонаправленный композит. Рассмотрим произвольную поперечную трещину в однонаправленном волокнистом композите. Найдем напряжения в целых волокнах, расположенных вблизи фронта поперечной трещины. Обозначим через п число нитей, приходящихся на единицу площади поперечного сечения композита. Очевидно, объемная доля нитей равна Vf= ттго п. На одну нить приходится площадь сечения, равная 1/w . Фронт трещины продвигается вглубь тела сразу на расстояние, равное d = вследствие почти одновременного разрыва нескольких нитей вдоль фронта трещины (элементарный акт разрушения). Развитие трещины в композите состоит в некоторой последовательности элементарных актов. [c.83] Основным механизмом торможения поперечных трещин в волокнистых композитах является диссипация энергии на цилиндрических контактных микротрещинах сдвига. Величина этой диссипации в конце концов контролируется одним параметром - вязкостью скольжения поверхности раздела нить - матрица /Гцс. Вязкость скольжения играет важную роль для достижения оптимальных свойств композита. Существенно, что она не должна быть ни слишком большой (иначе обрью нити приведет к разрыву матрицы - такой композит будет весьма хрупок), ни слишком малой (иначе обрыв нити приведет к ее отслоению, и материал потеряет целостность). Вначале рассмотрим случай весьма хрупкого композита, когда Кцс очень велико, так что неэффективная длина вблизи края трещины имеет порядок d (или же меньше (Г). [c.83] Таким образом, сопротивление развитию трещин композита с плохими (с большим статистическим разбросом) и хорошими (с меньшим разбросом) нитями одинаково, если число слоев в листе достаточно велико и если величины (о/ одинаковы для обоих сортов нитей. Более тОго, нити плохого сорта буд)гг даже лучше работать в композите, если для них Of) больше. [c.84] По заданному уровню рабочих нагрузок методами механики разрушения можно найти критический размер трещины. Вероятность зарождения такой трещины в композите должна быть меньше доверительной вероятности в противном случае материал должен быть забракован. [c.85] Квазихрупкое разрушение. Неэффективная длина. Рассмотрим окрестность конца трещины, выходящей из более жесткой среды на границу раздела перпендикулярно к границе (рис. 29). Такая ситуация типична в композитах, когда вследствие обрыва нити перерезающая ее трещина выходит на поверхность раздела с матрицей. Критерий начала дальнейшего развития трещины был рассмотрен в 5, однако вопрос о том, в каком направлении будет происходить это развитие, остался открытым. На этот вопрос можно дать ответ, изучив окрестность конца трещины, малую по сравнению с радиусом нити в этой окрестности будет иметь место локальная плоская деформация. [c.85] Здесь г, 0 — полярные координаты с центром в конце трещины, остальные обозначения те же, что и в формулах (5.2). [c.85] При достаточно большом отношении jLij I будет5 = 3 —4р2 и,согласно (7.7), получаем следующую картину распределения напряжений в матрице напряжения и ое монотонно убывают в промежутке (О, тг / 2), стремясь к нулю при 0 тг / 2, а напряжение т в монотонно возрастает от нуля в этом же промежутке, причем максимумы ое и Туе совпадают по величине. Именно этот случай реализуется в большинстве композитов. [c.85] Второй вариант предпочтительней, так как при этом вдоль поверхности раздела образуется поперечная трещина сдвига, которая препятствует распространению основной трещины в матрицу. Развитие трещины сдвига контролируется вязкостью скольжа ия Кцс. Следовательно, если вязкость скольжения Кцс вдоль границы раздела меньше вязкости разрушения матрицы К с, то образуется трещина скольжения. В большинстве перспективных композиционных материалов это имеет место. [c.86] Здесь Ts — постоянная трения нити о матрицу, /Гц — коэффициент интенсивности касательных напряжений. [c.86] Удобно также считать г некоторым постоянным числом, определяемым экспериментально или из точного расчета. [c.86] Как видно, величина Lo монотонно возрастает с увеличением внешней нагрузки i оо следовательно, рассматриваемая трещина скольжения всегда устойчива. [c.87] Формула (7.11) относится только к одиночному обрьшу в сложно-на-пряженном состоянии длина цилиндрической трещины будет другой. Определим длину цилиндрической трещины сдвига вокруг нити, когда она переходит из неразрушенного состояния в разрушенное на фронте поперечной макротрещины. [c.87] Неэффективную длину L можно считать равной 4Lq, т.е. [c.88] Таким образом, неэффективная длина для макротрещины в композите прямо пропорциональна коэффищ1енту интенсивности напряжений на ее кромке. Этот результат показывает, что при рассмотрении докритического развития трещины как случайного процесса ( 6) неэффективную длину L следует считать зависящей от согласно формуле (7.16) или (7.18). [c.88] В частности, отсюда вытекает важный результат поверхность попереч-нога излома композита покрыта цилиндрическими микротрешинами скольжения посюянной длины вокруг каждой оборванной нити (рис. 43). Этот результат по своему физическому смыслу аналогичен концепции квази-хрупкого разрушения для металлов. [c.88] При вычислении ( оу- параметр/, распределения (5.26) надо брать равным неэффективной длине. [c.89] Здесь Xi — коэффициент, отражающий неровный ландшафт излома матрицы (xi 1) 7/, 7m 7/m — поверхностная энергия материала нитей, связующего и контактного слоя соответственно Lo - полудлина цилиндрической микротрещины,определяемая формулой (7.16). [c.89] Так как величина Lq значительно больше радиуса нити Го в наиболее интересном случае квазихрупкого композита, то в формуле (7.23) можно пренебречь первыми двумя слагаемыми, т.е. [c.89] Здесь yfm, вообще говоря, зависит от ly и Го. [c.89] Вернуться к основной статье