ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Метод оценки сопротивления сдвигу при изгибе короткой балки из "Межслойные эффекты в композитных материалах " В течение многих лет метод короткой балки (ASTM D-2344) был единственным способом оценки межслойных свойств, который повсеместно применяли при паспортизации слоистых материалов. [c.194] При применении метода короткой балки для испытания слоистых материалов приходится сталкиваться с дополнительными трудностями. В частности, межслойное касательное напряжение внутри каждого пакета слоев распределяется по параболическому закону, тогда как на границах пакетов наблюдаются изменения интенсивности напряжения. В результате распределение межслойного касательного напряжения зависит от последовательности укладки слоев, причем максимальное напряжение не обязательно совпадает с прогнозом по классической балочной теории. Рис. 4.3 и 4.4 иллюстрируют этот вывод на примере распределения касательного напряжения при трехточечном изгибе образцов из графитоэпоксидного слоистого композита (0°/90°) и (90°/0°)j соответственно. Приведенные распределения получены с помощью теории слоистой балки [2]. [c.196] Ч Этого условия недостаточно отношение L/h для большинства материалов должно быть не менее 5. — Прим. ред. [c.198] Считая, что граничному условию а 0, ту) = а .(2, ту) = О нельзя удовлетворить точно, используя уравнение (3), noTpie6yeM, чтобы результирующие сил и моментов обращались в нуль, т. е. [c.204] Касательные напряжения на концах балки обращаются в нуль при соответствующем выборе функции напряжения. Поскольку на концах балки (f = О или 2) не равно нулю, константы Ад и выбирают так, чтобы результирующие силы и момента на концах балки обращались в нуль, т. е. удовлетворялось уравнение (9). Ввиду симметрии ffj. относительно середины балки (f = 1) уравнения (9) достаточно, чтобы удовлетворить требованию обращения в нуль результирующих силы и момента на обоих концах балки. В случае лабораторных образцов уравнения (9) достаточно, чтобы обеспечить малость на концах балки в области свесов. Таким образом, с практической точки зрения предложенное решение удовлетворяет всем заданным граничным условиям. [c.205] Размеры образцов, обычно используемых для определения сдвиговой прочности из испытания на изгиб, не соответствуют размерам классических, встречающихся в учебниках по сопротивлению материалов, балок. В частности, отношение ширина/толщина, b/h, у них обычно больше, чем у классических балок. Таким образом, используемые образцы часто напоминают скорее пластину, чем балку. Ширина образца составляет приблизительно 6,4 мм. Следовательно, у 16-слойного графито-эпоксидного однонаправленного композита отношение b/h 4. При таких условиях представляется целесообразным рассмотреть влияние ширины образца на распределение напряжений. [c.211] Модуль сдвига в плоскости ху обозначен Gjj. Коэффициент Пуассона , 2 определен как сокращение размера в направлении у при одноосном растяжении в направлении х. [c.212] Беглое изучение уравнения (24) обнаруживает, что распределение межслойных касательных напряжений представляет собой сумму классического балочного решения, которое не зависит от ширины. [c.212] В случае фиксированного значения b/h изотропный материал дол жен обнаруживать более значительное влияние ширины по сравнению с ортотропным графито-эпоксидным композитом, как видно по различающимся на порядок отношениям G 2/E при остающихся постоянными всех остальных параметрах. Рис. 4.18 иллюстрирует различие влияний ширины для обоих рассматриваемых материалов при b/h = 5. С уменьшением b/h максимум Tj. у кромок образца также будет снижаться. [c.214] Во всех случаях максимальное значение касательного напряжения Tj. значительно меньше максимума Из уравнения (25) можно видеть, что принимает максимальное значение у нижней и верхней поверхностей балки, т. е. при г = 1. [c.214] Наблюдаемые экспериментально типы разрушения, поверхности разрушения и анализ напряженного состояния коротких балок для трехточечного изгиба позволяют сделать вывод, что интерпрета-Ш1Я результатов данного способа определения сдвиговых характеристик сопряжена с значительными трудностями. В частности, очевидно, что сжимающие напряжения в области действия компоненты сдвигового напряжения с высокой интенсивностью приводят к появлению начального повреждения в виде вертикальной трещины. Такое повреждение, по-видимому, способствует дальнейшему развитию горизонтального межслойного разрушения. В тех образцах, где вертикальной трещины не было, разрушение реализовывалось в виде вьшучивания от продольного сжатия или появления зоны текучести в верхней части балки, там, где действуют совместно сжимающие и касательные напряжения. [c.214] Как отмечалось выше, постоянный уровень касательного напряжения в области балки у срединной линии указывает, что определенная методами трех- и четырехточечного изгиба кажущаяся межслойная сдвиговая прочность представляет действительно минимальное значение этой характеристики. Методы изгиба короткой балки могут быть полезны для контроля качества, однако реализация минимальных значений сдвиговой прочности все же не достаточна для их применения в качестве критерия отбора материалов. [c.214] Следует отметить, что рассмотренные типы разрушения характерны для современных композитов, с высокой межслойной сдвиговой прочностью (например, графито-эпоксидных). Другие материалы, с низкими межслойными характеристиками, могут, до появления других типов разрушения, проявлять чисто межслойное разрушение. В этом случае приемлем метод определения сдвиговых свойств при изгибе короткой балки. [c.215] Вернуться к основной статье