Прочность слоистых

В разделе II,В дан анализ двух основных концепций расчета на прочность конструкций из композиционных материалов — по предельным и максимально допустимым расчетным нагрузкам. В настояш,ем разделе дано приложение этих подходов к анализу прочности слоистых материалов. [c.86]

Предыдущие разделы посвящены изложению методов расчета, которые на основании анализа напряженного состояния позволяют оценить прочность слоистого композиционного материала при сложном нагружении и установить его способность воспринимать действующие нагрузки без разрушения. На рис. 17 приведены основные этапы анализа напряженного состояния и прочности конструкции при расчете и проектировании. Ниже рассмотрены три примера. [c.94]

Прочность стеклопластиков, полученных подобным образом, иногда бывает выще по сравнению с прочностью слоистых материалов, которые упрочнены стеклотканью, обработанной аппретом 14. Этот ац прет, по-видимому, представлял собой хромовые комплексы. [c.29]

Ж. Влияние изменчивости характеристик элементов на прочность слоистого композита....................... 196 [c.166]

Рассмотрим теперь слоистый композит ширины ш, составленный из N чередующихся параллельных листов армирующих элементов толщины и из (Л — 1) слоев растяжимой матрицы толщины Следуя Скопу и Аргону [32], мы идеализируем слоистый композит в виде композита, состоящего просто из N параллельных армирующих элементов без матрицы между ними, но при этом, конечно, нужно помнить об осуществляемой матрицей межслоевой передаче усилий между армирующими элементами. В этой модели вычисленная любым методом прочность слоистого композита на 100% определяется армированием, и действительная прочность композита может быть найдена умножением на объемную долю армирующей фазы. [c.186]

Вероятность полного разрушения слоистого композита определяется по формуле цепи (23). При повышении напряжения О (а) быстро меняется от нуля до примерно единицы при малом увеличении а. Напряжение о, при котором О (о) достигает, скажем, величины Со = 0,5, может быть выбрана в качестве напряжения разрушения слоистого композита. По формуле цепи получаем простое уравнение для определения прочности слоистого композита 0с [c.190]

Прочность слоистого композита, состоящего из N параллельных армирующих слоев постоянной ширины и , которые связаны друг с другом межслоевыми усилиями, зависящими от характеристик матрицы, определяемая по формуле (30), будет в общем случае зависеть от числа параллельных армирующих элементов. Заметим, что, как уже обсуждалось выше, при такой идеализации матричная фаза не несет нагрузки, но межслоевые взаимодействия сохраняются. Следовательно, в данном выше утверждении никак не затрагивается объемная доля упрочняющей фазы, но отмечается, что прочность слоистого композита зависит от числа отрезков, по которым проходит каскад разрушения, и от числа мест, из которых начинается разрушение. [c.190]

Рассмотрим уравнение (30) для прочности слоистого композита. Подстановка в это уравнение выражения (29) дает [c.191]

Покажем, что, когда число элементов очень велико, прочность слоистого композита уменьшается монотонно с увеличением N. Продифференцировав обе части уравнения (31), получим [c.191]

Монотонное уменьшение прочности слоистого композита, определяемое уравнением (33), является в первую очередь результатом значительного увеличения возможных мест зарождения каскада разрушения при увеличении N. Аналогичный результат был также получен при более элементарном подходе в работе [16] и при аналогичном подходе в [24, 25]. [c.191]

ЧИСЛО АРМИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ, НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ПРОЧНОСТИ СЛОИСТОГО КОМПОЗИТА, [c.193]

Рис. 8. Увеличение прочности слоистого композита с увеличением числа параллельных элементов в слоистом композите бор — полиамид — эпоксидная пленка [32].

Отметим, кроме того, что из табл. IV видно, что с увеличением показателя в выражении для плотности дефектов критическая длина трещины при максимальной прочности слоистого композита монотонно уменьшается. [c.194]

В разд. Е мы рассмотрим некоторые приближенные формулы для прочности слоистого композита. Законы масштабного изменения прочности при переходе от модели к прототипу можно, однако, получить из точного уравнения (30) для напряжения разрушения без знания этих приближенных соотношений. Логарифмическое дифференцирование уравнения (31) для случая большого числа N параллельных элементов снова приводит к простому соотношению (32а), хотя значение п = L/8 также увеличивается с увеличением размера. Заметив, что безразмерное напряжение s включает в себя произведение ширины отдельных элементов w (толщина слоистого композита) на а и что N — где W — общая [c.194]

Из уравнений (40) и (37) непосредственно видно, что прочность слоистого композита определяется только площадью поперечного, сечения Ас. и слабо зависит от длины Ь, т. е. [c.194]

Уравнение (41) после интегрирования имеет форму уравнения (7) описывающего масштабный эффект для хрупкого материала, с тем лишь отличием, что прочность слоистого композита зависит от его площади поперечного сечения, а не от площади поверхности Кроме того, по аналогии со статистикой прочности хрупких деталей мы полагаем, что стандартное отклонение средних прочностей прототипа и модели слоистого композита определяется уравнением типа (6), т. е. [c.195]

Как было рассмотрено выше, для слоистых композитов, составленных из упрочняющих элементов с показателем распределения дефектов т, колеблющимся от 6 до 10, максимальная прочность достигается, когда число элементов измеряется только в сотнях. С увеличением размера за этот предел значения равномерно, но относительно медленно падают — грубо на 10% при увеличении размера вдвое. Как видно из табл. IV, для слоистых композитов с максимальной прочностью при докритическом росте трещины необходимо разрушение от 3 до 4 соседних элементов, чтобы началось неустойчивое разрушение. Для композитов с высококачественными элементами (т > 15) это число уменьшается до 2 соседних разрушенных элементов ). Предполагая, что эти критические длины трещин не меняются значительно с увеличением размера, можно вывести простое выражение для прочности слоистых композитов. Если для начала неустойчивого разрушения необходимо разрушение только трех соседних элементов в результате коррелированных статистических процессов, то вероятность разрушения слоистого композита, определяемая уравнением (30), упрощается [c.195]

Ж. Влияние изменчивости характеристик элементов на прочность слоистого композита [c.196]

Упрощенное выражение для прочности слоистого композита (соотношение (46)) пригодно для исследования влияния разброса характеристик элементов на прочность слоистого композита. Рассмотрим идеальный непрерывный процесс производства упрочняющих элементов, например стеклянных лент или волокон, при котором продукция имеет очень высокую прочность и малый разброс. Оставаясь в рамках нашего предыдущего обсуждения, мы представим разброс по прочности плотностью распределения дефектов [c.196]

Теперь для прочности слоистого композита мы возьмем результирующую формулу (46) простой модели разрушения, которую в настоящих обозначениях можно записать в виде [c.197]

Отношение прочности слоистого композита к прочности отдельного элемента можно найти путем деления соотношений (50) и (52) [c.197]

Рис. 9. Изменение прочности отдельного элемента, прочности слоистого композита и отношения прочности слоистого композита к прочности элемента в зависимости от показателя т плотности дефектов при Стр = 48 кбар [2].

Поучительно рассмотреть особый случай слоистого композита, составленного из ряда волокон. При этом произведение гг о (о о) сго = = Р (где и> = Я( ), входящее в уравнение (50), остается постоянным для волокон постоянного диаметра. В типичном случае волокон, исследованных в работе [26], р = 4,8-10 см" для По = = 48 кбар и й = 10 см. На рис. 9 приведены значения Пг/Оо, рассчитанные по уравнению (50) на основе данных р и Оо для области возможных значений т и двух длин испытанных волокон 10 и 100 см. Здесь же приведены значения щ/ао при тех же т и б = 0,05 см для пластичной матрицы, а также отношения прочности слоистого композита к средней прочности индивидуальных элементов по уравнению (53). [c.198]

Интересно отметить, что средняя прочность индивидуальных элементов непрерывно увеличивается с увеличением т или при стремлении к идеальности волокон (уменьшении изменчивости). С другой стороны, прочность слоистого композита увеличивается при увеличении т или при стремлении к идеальности только для малых т. (волокна с большой изменчивостью) и резко надает при увеличении т в области больших т (волокна с малой изменчивостью). Более серьезно этот эффект проявляется для отношения [c.198]

При наличии отверстий и трещин прочность слоистых композитов, подсчитанная по рабочему сечению образца, снижается вследствие концентрации напряжений. В случае от- [c.126]

С другой стороны, прочность слоистого композита с надрезом длиной 2а можно определить при помощи выражения из линейной механики разрушения [c.127]

Глава 2 содержит анализ современного состбяния критериев и методов оценки прочности элементов конструкций из композиционных материалов. Рассмо греиы два общих аспекта этой важной проблемы. Первый включает общую характеристику композиционных материалов. Второй предусматривает анализ критериев прочности для однонаправленного слоя, исследование прочности слоистых материалов и обсуждение вопросов, нуждающихся в дальнейшей разработке. [c.10]

При обсуждении критериев разрушения композиционных материалов необходимо иметь полное представление о природе рассматриваемых явлений и определить понятие разрушение в том смысле, в котором оно обычно используется при анализе этих материалов. Прочность слоистой структуры — это ее способность выдерживать заданный уровень термомеханического нагружения без разрушения. Поэтому разрушение будем рассматривать как предел несуп ей способности материала при всех возможных напряженных состояниях. Предельные состояния могут быть представлены аналитически для данного материала поверхностью разрушения. Как и для металлов, под пределом текучести слоистой структуры будем понимать уровень напряжений, соответ-ствуюхций началу неупругого деформирования, микроструктур-ный механизм которого для металлов и композиционных материалов существенно различен. Растрескивание — это мгновенное образование свободных поверхностей в материале, которое может ускорить его разрушение. Различать эти понятия необходимо для понимания построения и последующего применения критериев прочности композиционных материалов. [c.63]

Результаты исследования механизмов разрушения и критериев прочности однонаправленных композиционных материалов описаны в других томах. Так как однонаправленный слой является основным элементом и на результатах его исследования построен анализ прочности слоистых композиционных материалов, ниже приведены основные результаты, необходимые для дальнейшего изложения материала. Основные этапы, исторического развития наиболее распространенных критериев прочности композиционных материалов описаны в разделе I, где основное внимание уделено исходным предпосылкам построения некоторых классических критериев пластичности и прочности. [c.80]

Распространенный подход к предсказанию прочности композиционных материалов, основан, как отмечено в разделе I, на модификации критерия Мизеса, предложенного для изотропных, однородных, пластичных материалов. К композиционным материалам его впервые применил Норрис [9]. В литературе описано множество вариантов этого критерия, ниже рассмотрены три частные формы, предложенные Аззи и Цаем [3], Хоффманом [7] и Ча-мисом [4]. В настоящем разделе, посвященном прочности слоистых материалов, все эти критерии используются в основном одинаково, однако каждый из них в свое время имел особенности. [c.82]

Принципиальную основу критериев прочности при расчете по максимальным нагрузкам, таких как В-критерии, изложенные в руководстве [1 ], составляет условие недопустимости повреждения или нарушения сплошности материала при расчетных напряжениях. Выбор соотношения между максимально допустимыми и предельными напряжениями для однонаправленных материалов определяется рядом факторов, обусловленных практикой расчета и проектирования. Прочность слоистого материала оценивается в результате применения критерия прочности последовательно ко всем слоям материала. [c.86]

Предельные поверхности или кривые позволяют получить много полезной информации при анализе прочности слоистых композиционных материалов. Они особенно полОзны на начальном этапе проектирования, так как позволяют сравнивать различные материалы и выбирать их свойства и структуру применительно к проектируемой конструкции. На рис. 21 показаны предельные поверхности двух материалов р одинаковой схемой армирования 0° (60%) и 40° (40%). По рисунку можно установить область, [c.101]

В разделе III рассматривалось применение общего критерия разрушения и метода послойного анализа прочности слоистых структур большой толщины. Для трансверсально изотропного однонаправленного композиционного материала уравнение (31) имеет вид [c.104]

Сведения о природе поверхности раздела, которыми мы располагаем в настоящее время, недостаточны для разработки новых аппретов, пред назначе1нных для современных стеклопластов, особенно 1в случае упрочненных термопластиков. По сравнению с 1942 г. в решении этой проблемы достигнут значительный прогресс, однако до сих пор остается необъясненной очень высокая в отдельных случаях прочность слоистых пластиков. Как правило, это связывается с оптимальными условиями, когда аппрет, стекловолокно, смола и способ изготовления — все было самым лучшим (best evers). В табл. 1 приводятся прочностные характеристики некоторых композитов, полученных в таких оптимальных условиях в Военно-морской артиллерийской лаборатории США (NOH). [c.14]

Обычно необходимо присутствие небольшого количества воды на поверхности раздела, для того чтобы аппрет выполнял свою роль в композитах, упрочненных стекловолокном. Поэтому стеклоткань вначале выдерживали в среде с различной относительной влажностью при 22 °С не менее 75 суток, а затем обрабатывали. аппретом МОЬ-24 в органичеюких растворителях [33]. При изменении относительной влажности воздуха от 50 до 88% прочность слоистого материала изменялась незначительно. Оптимальные результаты были получены после выдержки стеклянных волокон в среде с относительной влажностью более 70%. Следовательно, относительная влажность воздуха менее 50% может оказаться слишком низкой, чтобы существовала достаточно прочная связь аппрета со стеклом. [c.28]

В 1962—il963 гг. специальное проектное бюро фирмы О. А. Smith (POLARIS) проводило изучение влияния химии поверхности стекла на смачивание, прочность и временную устойчивость связи с эпоксидной смолой. Исследовалось влияние этих факторов на прочность слоистого пластика. Полученные результаты расширили представления о химии поверхности раздела в композитах. [c.34]

Теория деформируемого (аппретирующего) слоя была предложена Хупером [20], который обнаружил, что усталостные свойства слоистых пластиков значительно улучшаются при нанесении аппретов на стеклянные наполнители. Он предположил, что аппрет на поверхности раздела в композите пластичен. Если учесть усадку смолы при отверждении и относительно большую разницу коэффициентов теплового расширения стеклянных волокон и смолы в слоистом пластике, то во многих случаях можно ожидать высокого значения напряжения сдвига на поверхности раздела в отвержденном (ненагруженном) образце. В этом случае роль аппрета состоит в локальном снятии таких напряжений. Следовательно, аппрет должен обладать достаточной рела1исацией, чтобы напряжение между смолой и стекловолокном снижалось без разрушения адгезионной связи. Если все же адгезионное соединение нарушается, то это свидетельствует об отсутствии предполагаемого механизма самозалечивания повреждения. Можно ожидать, что уменьшение внутренних напряжений способствует повышению прочности слоистого пластика, особенно при неблагоприятных условиях окружающей среды (влажная атмосфера). [c.36]

Фурановые смолы. Наиболее важной особенностью фурановых смол является их стойкость к воздействию растворителей, таких, как ацетон, бензин, четыреххлористый углерод, этиловый спирт, сероуглерод, хлороформ, жирные кислоты, метилэтилкетон, толуол, ксилол и многие другие, которые быстро разрушают полиэфиры или эпоксидные смолы. Фурановые смолы также обладают хорошей стойкостью к воздействию кислот и щелочей. Они не поддерживают горения, а показатель распространения пламени при испытании в трубе па огнестойкость составляет менее 20. Фурановые смолы в сочетании с полиэфирными слоистыми пластиками наиболее выгодно использовать в строительстве жилых зданий. Хотя прочность слоистых пластиков на основе фурановых смол ниже, чем максимальная прочность стеклопластиков на основе других связующих, они могут быть использованы для изготовления коррозионно-стойких трубопроводов низкого давления или канализационных труб. Использование фурановых смол для текущего ремонта оборудования на заводе оставляет желать лучшего. Низкая скорость отверлщения не позволяет обеспечить быстрый процесс формования. [c.321]

Теперь мы покажем, что прочность слоистого композита имеет максимум при определенном N и поэтому для малых N она увеличивается с увеличением N. Максимум прочности находим из уравнения (32) при условии dsldN = 0. Отсюда следует простое выражение для максимальной прочности [c.191]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...