Расслоение у кромки

Рис. 2.4. Рентгеновский снимок образца (а — вид в плане) и его микрофотография (б — вид сбоку), показывающая расслоение у кромки в слоистом композите со структурой 1 45°/0°/90° j.

Расслоение у кромки со сложным контуром [c.99]

Необходимо отметить, что в большинстве испытанных слоистых композитов, особенно [ 453/02/90 , до начала расслоения у кромки образовалось несколько поперечных трещин в слое 90°. Это может вызвать начало расслоения у кромки при более низком напряжении, приложенном к слоистому композиту. Однако данный эффект не учитывается в расчетной модели. Тем не менее в целом расчетные значения нижних границ нагрузки, соответствующей началу расслоения, очень близки к соответствующим экспериментальным значениям. В частности, расчетные значения напряжений, соответствующих началу расслоения, проявляют ту же тенденцию изменения, что и экспериментальные данные. [c.119]

РАЗРУШЕНИЕ ПО ТИПУ I ПРИ ИСПЫТАНИИ НА РАССЛОЕНИЕ У КРОМКИ [c.239]

Испытание на расслоение у кромки было использовано для Оценки межслойного разрушения типа I композитов [36]. Образец для такого испытания представляет собой прямоугольную в плане полосу (рис. 4.37) для растяжения, в которой начальные трещины вдоль кромок образованы путем вклейки в процессе формования узких, тонких полосок однородного материала. Эти полоски располагаются вдоль свободных кромок в срединной плоскости с целью Инициирования расслоения типа I. Для некоторых укладок компо- [c.239]

Уитни [39] при анализе напряженного состояния образца, испытываемого на расслоение у кромки с учетом влияния термического напряжения, использовал теорию пластин Уитни—Сана, основанную на выражениях для перемещения, подобных формулам (55). Использовались соотношения [c.242]

Подобно анализу двойной консольной балки и образца с расслоением у кромки в предыдущих разделах, в работе [45] анализ однородного образца с надрезом на конце проводился с помощью модифицированного варианта теории пластин Уитни — Сана. При таком подходе достаточно рассматривать только верхнюю половину образца (рис. 4.53). Предполагалось, что деформированное состояние соответствует цилиндрическому изгибу. За зоной трещины [c.261]

Экспериментальные наблюдения, в которых фиксировалось расслоение у свободной кромки, впервые опубликованы Фойе и Бейкером [2]. Как отмечают авторы, усталостная выносливость эпоксидных слоистых боропластиков зависит от последовательности укладки слоев. В образцах наблюдались значительные расслоения, которые идентифицировались как главный источник снижения усталостной прочности. [c.10]

На рис. 2.2 представлен пример расслоения у свободной кромки слоистого композита конечной ширины, нагруженного осевым растяжением. В этом случае вблизи свободных кромок могут развиваться значительные напряжения во всех трех направлениях [2] а компоненты межслойных напряжений могут вызвать расслоение вдоль кромок [3]. [c.92]

Приведенные выше микрофотографии показывают, что расслоение у свободных кромок может происходить без особенностей, связанных с другими видами растрескивания матрицы, однако последующее развитие расслоения часто изменяет ситуацию. На рис. 2.6, представлены рентгеновский снимок и микрофотография растянутого образца из эпоксидного углепластика со структурой [ 25°/90°,/2]j с расслоением у свободной кромки. Здесь трещина на свободной кромке первоначально образовалась по толщине слоя 90°, но по мере прорастания к центру образца при более высокой нагрузке отклонилась к поверхности раздела - 25°/90° кроме того, можно видеть, что вблизи фронта расслоения появилось несколько вторичных трещин в слое 90°. Вторичные трещины, вероятно, вы- [c.96]

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ О РАССЛОЕНИИ У СВОБОДНОЙ КРОМКИ [c.101]

Кинематика расслоения у свободной кромки [c.102]

Рассмотрим длинный образец из симметричного слоистого композита, имеющий прямые кромки. Предположим, что последовательность укладки слоистого композита и способ нагружения таковы, что расслоение у свободной кромки происходит исключительно на заданной поверхности раздела слоев и однородно по длине образца. Кроме того, для простоты предположим, что распространение кромочной трещины — единственное событие, связанное с [c.102]

Характер изменения величины G соответствует классическим задачам о трещинах лишь на начальной стадии, поскольку в таких задачах G было бы неограниченным при больших значениях а [14]. Однако в рассматриваемом случае О становится ограниченным, как только полностью развивается трещина расслоения. При таком характере изменения G прорастание расслоения у свободной кромки по существу является устойчивым процессом. Если оно не усложняется взаимодействиями с другими трещинами в матрице, то приводит к образованию однородной трещины по поверхности раздела у свободной кромки, распространяющейся внутрь слоистого композита. [c.105]

Рис. 2.12. Графическое представление критерия, описывающего начало расслоения у свободной кромки. А — диапазон изменения нагрузки, соответствующей началу расслоения Б — диапазон изменения размера дефекта.

На этом завершается формулировка энергетической модели для задачи о расслоении у свободной кромки. Хотя некоторые неопределенности фундаментального характера еще требуют выяснения, эта модель, по-видимому, логически состоятельна и обеспечивает удовлетворительное приближение. Поэтому здесь остающиеся неопределенности игнорируются, хотя вопрос о том, обеспечивает ли данная модель приемлемые результаты, еще будет обсуждаться. [c.115]

ПРИМЕРЫ РАССЛОЕНИЯ У СВОБОДНОЙ КРОМКИ [c.115]

Поскольку во всех пяти случаях нормальный отрыв (трещина типа I) является фактическим типом расслоения, предполагается, что вязкость разрушения материалов имеет одинаковое значение Gj . Следовательно, расчетные минимальные деформации начала расслоения у свободной кромки в указанных пяти слоистых композитах увеличиваются (от наименьшей к наибольшей) в порядке приведенного выше перечисления. [c.118]

Практические расчеты основаны на характеристиках материала, приведенных в табл. 2.1. Значение выбрано равным 175 Дж/м . С помощью уравнения (3) рассчитываются нижние границы, соответствующие критическому условию расслоения у свободной кромки, в зависимости от деформации слоистого композита е . Поскольку номинальный осевой модуль упругости для всех пяти ком- [c.118]

Расслоение у свободной кромки [c.120]

Нас интересует нагрузка, приблизительно соответствующая началу расслоения у свободной кромки. Несмотря на разброс экспериментальных результатов, показанный на рис. 2.21, можно выделить различные уровни нагружения, соответствующие началу расслоения в трех указанных выше типах слоистых композитов. Оче- [c.121]

В настоящей главе представлен метод, основанный на скорости высвобождения энергии деформирования, который применен для описания ряда задач расслоения у свободной кромки. Все слоистые композиты, выбранные в качестве примеров, за исключением, вероятно, одного, проектировались и нагружались таким образом, чтобы инициировать расслоение у свободной кромки без значительного взаимодействия с другими типами растрескивания матрицы. Предполагается, что возникающее расслоение распространяется по заданной поверхности раздела слоев поперек ширины образца ком- [c.125]

Рис. 4.38. Схема для анализа напряженного состояния в образце с расслоением у свободной кромки.

Рис. 2.7. Рентгеновский снимок образца в плане, показывающий расслоение у кромки и внутрислойное растрескивание в слое 45° композита, подвергнутого осевому сжатию.

Идея испытания на расслоение у кромки зародилась у Пэйгано и Пайпса [38], которые предложили для определения межслойной прочности применять многонаправленный слоистый композит, нагружаемый растяжением. Последовательность укладки слоев выбиралась так, чтобы основной причиной расслоения у свободной кромки было межслойное растяжение. В работе [37] 3ja методика была распространена на исследование начала и развития расслоения в графито-эпоксидных слоистых композитах ( 302/90°/90°, подвергнутых одноосному растяжению. Для расчета скорости высвобождения энергии деформирования было использовано уравнение (73). В обеих работах образцы не имели инициирующих трещин. Поэтому рост трещин от кромок не был ни однородным, ни симметричным. Кромочная трещина не оставалась в срединной плоскости, а переходила с нее на поверхность раздела 90°/-30° и обратно, что приводило скорее к смешанному типу раэрушения, чем к чистому расслоению типа I. В работе [37] для разделения вкладов механизмов типов I и II был применен метод конечных элементов. [c.241]

Следует отметить, что значения Пс приведенные в табл. 4.8, значительно выше величин G, , полученных на образцах графитоэпоксидного композита методами двойной консольной балки и расслоения у кромки. Хотя испытания на изгиб балки с надрезом на конце проводились на графито-эпоксидных системах, отличающихся от описанных в предыдущих разделах главы, однонаправленный композит AS-1/3506-1 в работе [41] был испытан методом двойной консольной балки с последующим расчетом G, . Были получены величины, близкие значениям G, , представленным в табл. 4.3 для однонаправленного графито-зпоксидного композита AS-4/3502. [c.259]

Рис. 5.6. Расслоение у кромки образца слоистого стеклоуглепластика со схемой армирования [ 30°/90°]j.

Дан обзор, в KOTopqM описана история разработки аналитических моделей явления расслоения у свободной кромки. Подчеркивается важность проблемы свободной кромки в теории упругости слоистых композитов для понимания влияния межслойных напряжений на поведение этих материалов. Прослеживаются аналитические разработки, которые выполнены в течение двух десятилетий, прошедших с момента появления в 1967 г. работы Хаяши, посвященной моделированию этого явления, и основополагающих экспериментов Фойе и Бейкера в 1970 г. Обсуждаются понятие об упругом слое, обладающем эффективным модулем, а также его роль в моделировании слоистого композита. Описывается первое решение задачи о свободной кромке в рамках теории упругости, вьшолненное Пайпсом и Пэйгано методом конечных разностей. Это решение оказалось очень полезным при определении общего характера изменения поля межслойных напряжений вблизи свободной кромки. Приводятся результаты первичного моделирования влияния последовательности укладки на поведение слоистых композитов и вывод упрощенных уравнений для оптимизации или минимизации этого влияния в испытанных образцах. Далее следует описание модели, основанной на идее пластины на мягком основании и позволяющей выявить распределение межслойного нормального напряжения, зону краевого эффекта и причастность этого напряжения к возникновению расслоения. [c.9]

Рис. 2.2. Межслойиое растрескивание (расслоение у свободной кромки) в многослойном композите, подвергнутом осевому растяжению.

Наконец, на рис. 2.7 представлен рентгеновский снимок в плане образца из эпоксидного углепластика с укладкой [902/02/ 45 , на-гружешюго осевым сжатием и испытавшего расслоение у свободной кромки. В данном случае существовало поле растягивающих межслойных напряжений вдоль свободных кромок в слоях 45° [12]. Как следствие, произошло расслоение на поверхности раздела + 45°/—45°. Отметим, что контур распространяющегося расслоения не является таким же ровным вдоль свободной кромки, как в предыдущих примерах. Возможно, это обусловлено наличием концевых накладок, а также малой длиной самого образца. В эксперименте [12] образец разрушился из-за выпучивания слоя, которое произошло вслед за расслоением у свободной кромки. [c.99]

В проведенном выше обсуждении акцент сделан на физическом характере расслоения у свободной кромки, которое наблюдалось при испытаниях некоторых образцов установлен ряд важных геометрических факторов, влияющих на результаты испытаний. Во многих конструктивных элементах имеются разрывы как геометрических параметров, так и физических характеристик, в зоне которых концентрация нагфяжений выше, чем у свободных кромок. В качестве примера на рис. 2.8 представлен рентгеновский снимок образца из эпоксидного углепластика с укладкой [45°/02/—45°/02/90°] в окрестности сквозной трещины после растягивающей нагрузки, составляющей приблизительно 94% предельной. Видно, что расслоение происходит как вдоль свободных кромок образца, так и вокруг отверстия. Расслоение контура вокруг отверстия имеет сложный характер, причем повреждение не ограничивается одним только расслоением. [c.99]

Чтобы предсказать зарождение расслоения, необходимо ввести понятие эффективные дефекты материала . В данном случае предполагается, что распределение эффективных дефектов существует на каждой из поверхностей раздела слоев, а вблизи свободных кромок эффективные дефекты, в частности, будут инициировать расслоение. Предполагается также, что при некоторой критической нагрузке один из таких кромочных дефектов под действием межслой-ных напряжений приходит в движение и развивается в трещину расслоения макроскопического размера. Это событие рассматривается как начало расслоения у свободной кромки. [c.103]

Лабораторные испытания образцов, изготовленных из однонаправленных эпоксидных углепластиков, показали, что вязкость разрушения материала G , измеренная для расслоения смешанного типа, обычно больше, чем при расслоении типа I кроме того, установлено, что G , измеренное для расслоения смешанного типа, зависит от вклада сдвиговой составляющей [19—21]. На рис. 2.18 представлена экспериментально определенная зависимость величины G при смешанном типе растрескивания матрицы (только типов I и II) от отношения G /Gj. Видна тенденция монотонного возрастания G . Образцы изготовлялись из однонаправленного эпоксидного углепластика (ТЗОО/934), вырезались под углом к направлению армирования и имели двухсторонние надрезы, как показано на врезке рис. 2.18. Хотя такой эксперимент неточно моделирует действие расслоения у свободной кромки, он, тем не менее, дает общий характер изменения G в условиях смешанного типа растрескивания матрицы. Другие методы, с использованием неравномерно [c.113]

Как и в предыдущем случае, испытывались образцы, изготовлен ные из эпоксидного углепластика на основе композиции As-3501-06j развитие расслоения у свободной кромки во всех трех слоистьц композитах произошло по срединным плоскостям. Расслоение ре гистрировалось рентгенографически пример рентгеновских снимкоц приведен на рис. 2.7. Подробности этих экспериментов и их результаты содержатся в работе [12]. [c.120]

Наконец отметим, что расслоение у свободной кромки — толь ко частный случай более сложных задач расслоения, встречающихся на практике. Возьмем к примеру рентгеновский снимок, показывающий локализованное расслоение вокруг отверстия в слоистол композите (рис. 2.8). В этом случае контур расслоения являете двухмерным, а соответствующее поле напряжений — трехмерным. Если такая задача должна рассматриваться с точки зрения механик ки разрушения, то требуется соответствующий критерий образовав ния и развития трещины. Однако на этот счет имеется очень мало информации. [c.126]

Рис. П.З. Конечно-элементная модель Рис. П.4. Конечно-элементная модель расслоения у свободной кромки в сре- расслоения у свободной кромки по по-динной плоскости. верхности раздела, не совпадающей со

Возникновение и рост расслоения у свободной кромки в большинстве случаев снижают несущую способность и жесткость слоистых композитов. Неблагоприятное влияние расслоения на целостность композитных конструидай обусловливает большой интерес к этой теме. Однако большинство опубликованных работ связано с анализом напряженного состояния и прогнозированием начала и роста расслоения. И лишь в отдельных работах рассматриваются различные аспекты управления расслоением. [c.183]

Хотя образец для испытания на расслоение у свободной кромки с инициирующей трещиной и обеспечивает разрушение по механизму типа I, обработка экспериментальных данных становится довольно трудоемкой из-за остаточных технологических напряжений. Причем эти напряжения могут быть весьма значительными [36, 39]. В частности, уравнение (73) для учета начальных напряжений должно быть модифицировано. Для применения модифицированной схемы обработки требуется знание коэффициентов теплового расширения отдельных слоев и исходной температуры, сответству-ющей ненагруженному состоянию. Определение последней характеристики может представить значительные трудности. Для слоистых композитов, у которых в срединной плоскости у свободной кромки развивается межслойное растяжение, остаточные напряжения в результате термической усадки приводят к появлению направленной наружу начальной кривизны вдоль свободных кромок, как показано на рис. 4.37. Несимметричность слоистого пакета выше и ниже срединной линии является причиной появления кривизны. Межслойное растягивающее напряжение в вершине трещины зависит от начальной кривизны. [c.241]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...