ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Экспериментальная оценка прочности материалов и изделий без их разрушения из "Неразрушающий контроль конструкций из композиционных материалов " Существующие методы определения данных прочностных характеристик композиционных материалов являются трудоемкими и сложными. Это объясняется специфическими особенностями данных материалов, требующих соблюдения ряда дополнительных условий при испытаниях. Важнейшее значение для оценки прочности имеет точность определения, которая зависит от погрешностей механических и физических испытаний, а также от. погрешностей оценки статистических связей между этими параметрами. Если погрешность физических испытаний может быть незначительной (до 1 —3%), то погрешность механических стандартных испытаний может достигать до 10%, что предопределяет необходимость разработки специальных мер по повышению точности механических испытаний. [c.143] Учитывая, что механические и физические испытания должны проводиться на одних образцах, необходимо предусмотреть формы и размеры этих образцов для тех и других испытаний. Существующие стандартные размеры и формы образцов не всегда удовлетворяют требованиям физических испытаний. Так, образцы сравнительно малых размеров при испытании на сжатие, а также при проведении ультразвуковых и микроволновых испытаний не обеспечивают необходимой точности, а образцы, имеющие сложную геометрическую форму, непригодны для испытаний на растяжение и для проведения ультразвуковых, микрорадиоволновых, электрических, теплофизических испытаний. [c.143] Испытание на растяжение и сжатие. В связи с неоднородностью напряженного состояния в образце возникают значительные погрешности, которые существенно зависят от закрепления образца в захватах испытательной машины. При испытаниях образцов в направлениях, несовпадающих с осями упругой симметрии, происходит их перекос и скручивание. Кроме того, при испытаниях образцов из анизотропных материалов в произвольном направлении происходит поворот и смещение поперечных сечений из-за сдвиговых деформаций. Известно, что при обычных испытаниях абсолютно свободной деформации образца не происходит. В зажимных приспособлениях испытательных машин вблизи поверхностей захвата в образцах вследствие стесненной деформации возникает неоднородное напряженное состояние. Влияние закрепления образца на характер напряженного состояния снижается по мере удаления от мест захвата, тогда при достаточной длине образца и ограниченной ширине можно говорить об однородном напряженном состоянии в его средней части. Однако дополнительные напряжения, возникающие вблизи места захвата, часто оказываются определяющими, что приводит к преждевременному разрушению образцов у торцовых сечений. Учитывая различие характеристик прочности при растяжении и сжатии композиционного материала, важно обеспечить минимальный эксцентриситет приложения нагрузки при испытаниях на сжатие. [c.144] При испытании образцов, вырезанных из изделий, имеющих малые геометрические размеры, значительную толщину и криволинейную форму, в некоторых случаях принципиально невозможно обеспечить однородное напряженное состояние, поэтому для их испытаний требуются специальные приспособления. [c.144] При испытаниях образцов трубчатых изделий на растяжение в тангенциальном направлении широко используются приспособления в виде разрезных дисков. Аналогичное приспособление может быть использовано и при испытаниях кольцевых образцов, вырезанных из труб в направлениях под углом а к осям упругой симметрии материала, например, под углом а 45 (рис. 4.1). Конечно, испытания кольцевых образцов связаны с известными погрешностями, например, изгибом образца в зоне зазора между полудисками приспособления и также трением образца по поверхности диска. [c.144] Для испытания па растяжение образцов, вырезанных в направлении оси трубы, целесообразно пользоваться приспособлением, обеспечивающим независимый предварительный зажим образца на достаточно большой длине. [c.144] При изготовлении образцов происходит перерезывание армирующего материала, возникает так называемый эффект перерезывания нитей. [c.145] Некоторые исследователи предлагали для изучения свойств даже лцстовых композиционных материалов изготовлять трубчатые изделия с укладкой армирующего материала под соответствующими углами к оси трубы. [c.145] Однако вследствие различной технологии изготовления материал трубчатых изделий будет отличаться от листовых композиционных материалов. [c.145] При увеличении 6 или уменьшении а предел прочности Од асимптотически приближается к о. [c.147] Причем действительное сопротивление материала разрыву остается неизменным и приблизительно равным а. [c.148] При испытании можно подобрать такую величину Ь, начиная с которой характеристики прочности будут изменяться незначительно. [c.148] Обычно при решении практических задач ограничиваются значением т = 0,90 0,95, тогда Ь = (20 + 40) а. [c.148] Пунктирными линиями нанесены 95%-ные доверительные интервалы. Анализ результатов экспериментов свидетельствует о том, что с увеличением ширины образца возрастает значение характеристики прочности, определенной по формуле (4.4). На графиках (рис. 4.4) прямыми линиями нанесены значения разрушающих напряжений о, подсчитанных по формуле (4.4). [c.149] Для оценки справедливости расчета разрушающего напряжения по формуле (4.5) проведено испытание на растяжение в условиях однородного одноосного растяжения под углом 45 к осям структурной симметрии материала. [c.149] Характеристики прочности 045°, полученные при испытаниях целых трубчатых образцов, находятся в интервале предельных значений, что подтверждает правильность методики определения характеристик прочности с учетом краевой зоны. [c.149] Одной из характерных особенностей, присущей значениям прочности композиционных материалов, является существенное рассеяние характеристик прочности. Это объясняется тем, что незначительные отклонения оси образца от направления осей структурной симметрии приводят к существенному изменению характеристик прочности. Все это предъявляет жесткие, трудно выполнимые требования к технологии вырезки образцов. [c.149] На основании анализа и опыта механических разрушающих и физических неразрушающих испытаний установлено, что наиболее приемлемой формой образцов при испытании на сжатие являются образцы прямоугольной формы следующих размеров ширина 50 мм, высота 70 мм, толщина 10—15 мм. [c.149] Для испытаний на растяжение целесообразно использовать образцы полоски прямоугольной формы (без выточек) с размерами длина 250—350 мм, ширина 30—40 мм, толщина 10—15 мм. Данная форма и размеры образцов позволяют провести физические испытания на одном и том же образце в трех структурных направлениях и обеспечить погрешность испытаний в пределах 5%. [c.149] Испытание на сдвиг. Для проверки прочности композиционных материалов при сдвиге необходимо определить их сопротивление действию касательных напряжений. Анизотропные композиционные материалы в зависимости от ориентации сдвигающих усилий по отношению к осям упругой симметрии материала различно сопротивляются деформации сдвига. Различают сдвиг в плоскости расположения армирующего материала и сдвиг в плоскостях, параллельных плоскости расположения армирующего материала. Эту деформацию обычно называют межслойным сдвигом, а соответствующее разрушение — скалыванием по слою. [c.149] Вернуться к основной статье