Прочность однонаправленных волокнистых

После описания некоторых временных свойств составляюш их материалов самое время исследовать временные свойства и самих композитов. В отличие от некоторых механических свойств волокнистых композитов, которые могут быть определены по правилу смесей , определение длительной прочности вообще гораздо сложнее. В особенности это проявляется, если рассматривать хрупкие волокна, которые в окружении вязкоупругой матрицы обладают различными значениями прочности. Такая комбинация волокно — матрица может привести к замедленному разрушению композита под напряжением, даже если он однонаправленный и нагрузка прикладывается в направлении волокна. [c.285]

Суммируя данные о влиянии скорости деформации на прочность однонаправленных волокнистых композитов, можно сказать, что, по-видимому, в интервале изменения скорости деформации, обычно используемом в стандартных испытательных машинах, изменения значений прочности не слишком велики. Эти изменения составляют 10 или 20% в зависимости от свойств составляющих и геометрии композита. При испытаниях с разными скоростями деформации наблюдались разные виды разрушения, однако в настоящее время не существует модели для предсказания прочностных свойств различных композитных систем при нагружении с переменными скоростями деформации. [c.321]

Поверхность прочности однонаправленного волокнистого композита, рассматриваемого как однородный анизотропный материал, должна быть функцией следующих четырех напряжений напряжений в направлении волокон Од максимальных касательных напряжений Ха, действующих в плоскости, параллельной волокнам изотропной ot и девиаторной т< компонент главных напряжений в плоскости, перпендикулярной направлению армирования. Таким образом, макроскопический критерий прочности принято задавать в следующей форме [c.49]

Однонаправленные волокнистые материалы обладают исключительной жесткостью и прочностью в направлении волокон, [c.63]

В данной главе излагаются микромеханические теории, применяемые для предсказания прочности однонаправленных композитов при одноосном нагружении. В этих теориях заранее предполагаются известными необходимые для расчетов свойства компонентов и считается, что направление нагружения совпадает с главными осями однонаправленного композита. Рассматриваемые прочности связаны с сопротивлением либо нагружению в плоскости, либо изгибу, либо простому сдвигу. Обсуждение относится в первую очередь к волокнистым композитам с неметаллической матрицей, в которых все волокна уложены параллельно и в одной плоскости. Однако представленные здесь микромеханические теории можно перенести и на волокнистые композиты с металлической матрицей, если при этом не нарушаются основные допущения. Некоторые описанные ниже представления могут быть также приложены к композитам с дисперсными частицами. [c.107]

Измеряемая величина прочности при изгибе обычно бывает больше прочностей при продольном растяжении или сжатии. Это означает, по-видимому, что первое разрушение, которое удается обнаружить, соответствует разрыву более чем одного крайнего наиболее нагруженного слоя. Достаточно сказать, что разрушение "однонаправленного волокнистого композита при изгибе — сложное явление, требующее точных методов анализа для надежного предсказания напряженного состояния и связанного с ним процесса разрушения. [c.155]

Большинство композитов, описанных в настоящей главе, есть непрерывные однонаправленные волокнистые композиты (НОВК), имеющие большую объемную долю волокон. В результате продольная прочность в основном определяется прочностью самих волокон. Таким образом, если волокна обладают свойством ползучести, то им обладают и композиты на их основе. В небольшом числе работ по композитам, армированным вольфрамом и бериллием, обнаружено разрушение при ползучести. С другой стороны, разрушение под нагружением может появиться как результат комбинации двух факторов статистической прочности хрупких волокон и временных свойств вязкоупругой матрицы. Такая комбинация создает вероятность непрерывного изменения напряженного состояния внутри композита, даже при испытании на разрушение. Эти изменения также приводят к явлению запаздывания разрушения. Поэтому очень важно рассмотреть как матрицу, так и волокно при изучении длительной прочности композита, причем нужно иметь в виду, что матрицы оказывают очень незначительное влияние на кратковременную продольную прочность композитов, но играют очень важную роль в его длительной прочности. Часть работ посвящена исследованию эффектов скорости деформации на прочность НОВК оказалось, что только армированные стеклом композиты, по-видимому, чувствительны к изменениям скорости. [c.269]

Число статей на эту тему (для однонаправленных волокнистых композитов) довольно невелико. Часть из них посвящена только экспериментальным наблюдениям, т. е. выясняется, зависит ли прочность от скорости или нет. Другие пытаются объяснить механизм разрушения при низкой и высокой скоростях деформации. Большинство работ выполнено в такой области скоростей деформаций, которая обычно свойственна стандартным испытательным машинам и обычно перекрывает четыре порядка скоростей (например, от 2-10" до 2 мин" ). Следующая область скоростей, которая до некоторой степени была исследована,— это уже область удара (представлена в следующем разделе), соответствующая скоростям деформации от 10 до 10 мин . Таким образом, остается пробел в описании механического поведения композиционных материалов. [c.316]

В каждом из слоев многонаправленного слоистого композита возникает сложное напряженное состояние, даже если композит в целом находится под действием одноосного напряжения. Следовательно, и в простейшем случае нагружения композита начало разрушения слоя должно определяться при помощи соответствующего критерия предельного состояния. Предложено много разновидностей критериев прочности однонаправленных композитов, рассматриваемых как однородные анизотропные материалы (см., например, [10] ), в форме, удобной для описания экспериментальных данных. В основу этих критериев положена гипотеза, согласно которой однонаправленный волокнистый композит считается однородным анизотропным материалом. Можно ожидать, однако, что для оценки предельного состояния композита потребуется рассмотрение таких деталей механизма разрушения, которые определяются неоднородностью материала на уровне армирующего элемента. Дело в том, что виды разрушения, вызванные разными по направлению действия напряжениями, имеют принципиально различающиеся особенности. [c.44]

Испытывали композиционные материалы с матрицами из полиэфирной, поливиниловой и эпоксидной смол, упрочненных стекловолокном и стеклотканью. С одной стороны, однонаправленные волокнистые композиции обладают повышенными прочностными свойствами на сжатие, с другой стороны, что нежелательно, — повышенной теплопроводностью. Для грубой оценки влияния способа армирования сравнивают отношение предела прочности на сжатие к теплопроводности [3]. [c.371]

Однонаправленный материал. Если известно распределение напряжений в элементах конструкций, то для расчета их прочности необходимо знать прочность исходного материала. Обычно материал в изделии находится в сложном напряженном состоянии. Поэтому для расчета прочности конструкции необходимо знать не только его прочность при таких простых случаях напряженного состояния, как растяжение или сжатие, но и прочность при сложном напряженном состоянии, которая является функцией компонент напряжений. Для изотропных материалов широко используются, например, критерии Мизеса, критерии Треска и т. д. Для анизотропных материалов, таких, как однонаправленные волокнистые пластики, используют, например, условия Хофмана [3] [c.184]

Металлокомпозиты с волокнистым упрочнителем, в отличие от армированных пластиков, имеют ряд особенностей хорошую электро- и теплопроводность, влагостойкость, широкий диапазон рабочих температур, повышенную жесткость и прочность однонаправленных материалов в поперечном направлении и при сдвиге, своеобразие механизмов разрушения, а также особенности их деформирования при термомеханических воздействиях и др. [c.234]

Поскольку большинство полимерных композиций с короткими волокнами, распределенными хаотически, являются изотропными, их прочность при растяжении и сжатии должна быть примерно одинаковой. Однако, если все волокна ориентированы в направлении сжатия, то разрушение при сжатии наступит при меньшем напряжении, чем при растяжении. В материалах с низкой адгезионной прочностью сцепления волокон с матрицей при сжатии возможно продольное проскальзывание волокон, тогда как при растяжении поперечные силы, возникающие вследствие эффекта Пуассона, увеличивают прочность сцепления волокон с матрицей. При сжатии композиций с высокой адгезионной прочностью может быть реализована значительная часть их прочности при растяжении, однако при сжатии большая часть прикладываемой нагрузки выдерживает матрица, а так как волокна не являются непрерывными, локальные сдвиговые разрушения в матрице способствуют разрушению волокон при продольном изгибе с разрушением границы раздела волокон с матрицей и потерей усиливающего эффекта волокон. Аналогичная ситуация в однонаправленных волокнистых композициях при сжатии проанализирована теоретически и рассмотрена позднее. [c.99]

Энергия разрушения однонаправленных волокнистых композиционных материалов очень сильно зависит от наличия пустот и воздействий внешней среды. Бимон и Харрис [109] показали, что 5% пустот снижает ударную вязкость по Шарпи материалов на основе высокомодульных углеродных волокон на 30% при росте трещины в направлении, перпендикулярном ориентации волокон, и на 50%—в параллельнОхМ направлении. Воздействие на эти материалы паров воды уменьшает энергию разрушения таких материалов на 14% в случае необработанных и на 44%—в случае поверхностно обработанных промышленным способом волокон. Как уже говорилось, обработка стеклянных волокон кремний-органическими аппретами значительно снижает энергию разрушения ориентированных стеклопластиков, однако она повышает их стойкость к действию воды [131]. Граница раздела при этом становится недоступной для воды, и их прочность при изгибе и энергия разрушения снижаются значительно меньше. [c.130]

Продольная прочность при сжатии однонаправленных волокнистых композиций обычно ниже, чем при растяжении из-за потери устойчивости волокон вследствие продольного изгиба при [c.272]

Однонаправленные волокнистые композиции обладают повышенной прочностью только в одном направлении. Хаотическое распределение волокон в плоскости или создание многослойных композиций, в которых волокна в различных слоях имеют различную ориентацию, приводит к получению композиций практически изотропных в одной плоскости, т. е. с максимальной прочностью в любом направлении в этой плоскости. Если волокна распределить в трех направлениях, высокая прочность может быть достигнута во всех направлениях. Однако прочность изотропных в плоскости или объеме композиций всегда меньше продольной прочности однонаправленных композиций, хотя эта разница и несколько меньше, чем для модуля упругости. [c.274]

Аналогично намотке волокон, используемой для получения однонаправленных волокнистых композиций, можно использовать намотку ленты для получения однонаправленных ленточных композиций. Ленту можно рассматривать как волокно, поперечное сечение которого значительно больше по ширине, чем по толщине. Ее сечение обычно прямоугольное, но оно может быть и эллипсоидным. Ленточные композиции обладают высокой прочностью и жесткостью в направлении, перпендикулярном оси ленты в плоскости листа, т. е. они значительно более изотропны в пло- [c.282]

При х у = 1 уравнение (8.39) превращается в простое правило смешения. При соответствующем выборе полимерной матрицы можно получить композиции, трансверсальная разрывная прочность которых более чем в 40 раз будет превосходить прочность матрицы, причем в процессе разрушения ленты будут ломаться в продольном направлении [981. В этом особое преимущество ленточных композиций по сравнению с однонаправленными волокнистыми композициями, обладающими трансверсальной прочностью значительно меньшей, чем прочность матрицы. Ленточные композиции могут иметь прочность выше прочности слоистых композиций с перекрестной или другими формами укладки волокон. [c.286]

Было предпринято много попыток нанесения промежуточных слоев на поверхность наполнителей [114—117]. При этом в некоторых случаях достигалось довольно существенное улучшение ряда свойств. Трансверсальная прочность при разрыве однонаправленных волокнистых композиций, в которых стеклянные волокна перед введением в эпоксидную смолу.были покрыты более эластичной смолой, возросла почти в два раза [114]. Продольная [c.287]

Волокнистые композиции отличаются анизотропией свойств и обладают очень высокой прочностью и жесткостью в одном или нескольких направлениях. Для однонаправленных волокнистых композиций по их составу и свойствам компонентов могут быть рассчитаны значения всех пяти или шести независимых модулей упругости с достаточной степенью точности по сравнительно простым уравнениям. Модули упругости слоистых волокнистых композиций или композиций с хаотически распределенными волокнами могут быть также легко рассчитаны. Что же касается прочности, то она может быть предсказана очень приблизительно. Некоторые показатели прочности, в частности, продольная прочность при растяжении, определяются главным образом прочностью волокон, тогда как трансверсальная прочность при растяжении или межслойная сдвиговая прочность — свойствами матрицы. Прочность при растяжении и ударная прочность сильно зависят от длины волокон и прочности адгезионной связи волокно—матрица. Для обеспечения высокой прочности при растяжении длина волокон должна возрастать при снижении прочности адгезионной связи. Наоборот, ударная прочность обычно возрастает при уменьшении прочности связи волокно—матрица и сокращении длины волокон до определенного предела. [c.289]

Чему равна продольная прочность при растяжении однонаправленной волокнистой композиции, полученной методом намотки, при Фа = 0,65, СТй2=1.72-10 МПа, 0 = 82, МПа [c.290]

Почему при переходе от однонаправленных волокнистых композиций к композициям с хаотическим распределением волокон в плоскости относительный модуль часто уменьшается в большей степени, чем относительная прочность при растяжении [c.291]

Обращение фаз 230—233 Объемный модуль 22, 35 Огибающая разрывов 159, 160 Однонаправленные волокнистые композиции, прочность 269—274 Ориентация 80—82 [c.308]

Одним нэ основных методов оптимального проектирования слоистых конструкций из волокнистых композитов является подход, основанный на сетевом анализе. При таком подходе направления армирования в каждом слое совпадают с траекториями главных напряжений принимается, что композит обладает нулевой жесткостью в направлении, поперечном армированию, и работает лишь на растяжение вдоль волокон. В этом случае вычисление интеграла по объему от первого инварианта в зависимости (6.3) упрощается, так как Oj = а, = 0. Очевидно, что максимальная массовая энергоемкость достигается в равнонапряженных конструкциях с = onst = П% (Щ — прочность однонаправленного композита на растяжение вдоль волокон). [c.422]

Высокие жесткость и прочность армирующих волокон, составляющие основу прочности и жесткости композиционных материалов, реализуются лишь в случае их определенного расположения по отношению к действующему полю напряжений (действующей нагрузке). Вследствие большого разнообразия нагрузок применяются различные схемы укладки арматуры. Варьируя направлением укладки слоев, можно получить слоистые материалы с различной ориентацией армирующих волокон, обладающие в плоскости укладки изотропными и анизотропными свойствами. Именно в возможности придания материалу оптимальной для каждого частного случая анизотропии заключается главное преимущество волокнистых композиционных материалов [44]. В зависимости от ориентации армирующих волокон в плоскости укладки слоистые структуры можно подразделить на следующие основные группы однонаправленные, ортогонально-армированные с переменным углом укладки волокон по толщине, перекрестно-армированные и хаотически-армированные. [c.5]

Ударная прочность (а не энергия) волокнистых композитов измерялась в работе [57] для однонаправленного стеклопластика (Е-стекло) при испытании на вертикальном копре [53]. Напряжение и деформация регистрировались на осциллографе при помощи датчиков деформаций, наклеенных соответственно на динамометрическую часть и образец. Прочность армированного стеклом композита при ударном нагружении гораздо выше статической. Зарегистрировано, что значение разрушающего напряжения при [c.323]

В комбинированные материалы высокопрочные стали входят в различных формах. В ряде случаев комбинированный материал образуется упрочнением основного стального элемента волокнистыми материалами, имеющими значительно более высокую удельную прочность, чем сталь (например, осесимметричные оболочечные конструкции, имеющие отношение главных напряжений 1 2, оплетенные высокопрочным однонаправленным стеклопластиком). При этом может быть легко достигнута удельная прочность 30—36 кПмм , что отвечает при эквивалентном весе пределу прочности стали Ста = 230 -f- 280 кГ/мм-. [c.202]

Макроскопические характеристики усталостного разрушения металлов и волокнистых композиционных материалов очень похожи, хотя на микроуровне они различаются очень сильно. Хрупкие материалы, такие как стекло, углерод и бор, не снижают свою несущую способность при циклических нагрузках в отличие от пластически деформируемых материалов. Следовательно, композиционные материалы на основе хрупких волокон должны обладать высокой усталостной выносливостью, если волокна выдерживают основную нагрузку. Это предположение выполняется в случае пластиков, армированных однонаправленными углеродными и борными волокнами при усталостных испытаниях на одноосное напряжение. Диаграммы зависимости максимального напряжения от числа циклов до разрушения (диаграммы а—N) для таких материалов действительно практически горизонтальны и при циклических нагрузках, лежащих ниже полосы разброса статической прочности при растяжении, истинное усталостное разрушение практически не наблюдается. Бимон и Харрис [140], а также Оуэн и Моррис [141] получили одинаковые результаты для карбопластиков на основе эпоксидных и полиэфирных связующих [c.136]

Последовательность укладки слоев ПКМ при полностью затянутых болтах мало влияет на прочность болтового соединения [1]. Для заклепочных соединений последовательность укладки однонаправленных слоев волокнистого препрега играет более важную роль. Рекомендуется, чтобы на поверхности находились слои с ориентацией 90° или 45° при нагружении под углом 0°. Слои с одинаковой ориентацией не должны сочетаться друг с другом. [c.222]

Для волокнистых композитов характерны две их высокие прочностные характеристики прочности при одноосном растяжении и сжатии вдоль волокон. На их использовании построена вся стратегия управления схемой армирования в тонкостенных элементах конструкций. Однако волокнистые однонаправленные композиты имеют еще одну не менее высокую прочностную характеристику — [c.483]

Рис. 126. Диаграмма зависимости прочности Ос при растяжении волокнистых композиционных материалов с однонаправленной непрерывной структурой от объемной доли волокна Vf

Рис. 131. Диаграмма зависимости прочности волокнистых композиционных материалов Ос с однонаправленной дискретной структурой от объемной доли волокон V/ и от коэффициента

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...