Доля объемная волокна

Существует также и нижняя граница При малой объемной доле в волокнах возникают высокие напряжения (они несут основную долю нагрузки), приводящие к их дроблению. Тогда, если деформационное упрочнение матрицы достаточно велико, чтобы восполнить потерю несущей способности разрушившихся волокон, то прочность композиции Ок будет определяться свойствами матрицы [c.16]

В результате армирования алюминиевой матрицы прочность композиции увеличивается в 10-12 раз при объемной доле упрочнителя до 25 %. При увеличении объемной доли армирующего волокна до 40 % временное сопротивление прочности композиции достигает 1700 МПа. [c.306]

Примечание, В — объемная доля волокна Ое — средняя прочность Y — плотность. [c.639]

Заключенное в скобки и обозначенное точками выражение представляет собою функцию упругих констант, которая зависит от Vj. Но эта зависимость не должна нас интересовать. Существенно то, что сопротивление раскрытию трещины происходит за счет пластической деформации матрицы, оно уменьшается с уменьшением объемной доли матрицы, т. е. увеличением Vj. При У/ = 1 следует считать G = О, что мы и делали по существу, предположив, что разрыв одного волокна в цепочке приводит к раз- [c.702]

Рис. 9. Вещественная часть комплексного модуля сдвига при растяжении полиизобутилена, армированного жесткими волокнами, по данным работы [48] 2 — объемная доля волокон значения модуля указаны в фунт/дюйм , значения (О — в с .

Чтобы вычислить коэффициент концентрации напряжений в моделируемом композите, армированном волокнами бора, в формулу (26) нужно подставить модуль Ес композита. В данном случае различие между величинами этого модуля для модели и для натуры мало в интервале значений объемной доли волокон от 0,50 до 0,70 оно составляет менее 10%. Коэффициент концентрации деформаций в этом же интервале меняется приблизительно от 4 до 12. Этот факт показывает, что основным критерием прочности в случае поперечного нагружения является максимальная деформация матрицы. [c.516]

Случай отсутствия связи между волокнами и матрицей исследовали Чен и Лин [12]. Они показали, что с увеличением объемной доли волокон прочность композита при поперечном нагружении быстро падает и что на большей части поверхности раздела матрица отрывается от волокна (рис. И).. Аналогичные явления наблюдались в системе со слабой связью сапфир — никель [43], а также в системе нержавеющая сталь — алюминий [39] они хорошо согласуются с расчетным значением степени разупрочнения. Возможно, что это согласие в известной мере случайно в модели Чена и Лина не учитывалось влияние пластического те- [c.59]

Более того, усовершенствованные методы позволяют изучать представляющие больший практический интерес случаи, когда непрерывные волокна находятся рядом с концами коротких волокон. Соответствующие исследования [47] показали, что с уменьшением расстояния между рядами волокон (с ростом объемной доли волокон Ув [6, 30, 40]) концентрация напряжений на поверхности раздела существенно снижается, так как растет доля осевой нагрузки, которая может локально передаваться соседними волокнами. Из-за концентрации напряжений на соседних волокнах разрушение путем вытягивания волокон становится менее вероятным, а разрушение путем излома волокон — более вероятным. Если конец волокна связан с матрицей, то значительная часть нагрузки, как правило, передается также концом волокна [11, 30, 47]. Далее, доля нагрузки, передаваемой концом волокна, растет с уменьшением зазора между концами соседних волокон [c.62]

Шщ — ширина наиболее узкой части трапециевидного образца Ув —объемная доля волокна fix, —продольная деформация [c.75]

Показано, что, если распространяющаяся в композите трещина пересекает волокна упрочнителя, вязкость разрушения увеличивается тем больше, чем больше волокна отслаиваются от матрицы. Значит, из соображений повышения вязкости разрушения предпочтительной является слабая поверхность раздела. Однако при распространении трещины в матрице параллельно волокнам предпочтительна прочная поверхность раздела — это позволяет предотвратить разрушение по поверхности раздела, связанное с малыми затратами энергии. Были отмечены и другие случаи так, при распространении трещины перпендикулярно волокнам высокая вязкость разрушения может быть обусловлена несколькими механизмами. При действии одного из них — вытягивания волокон — вязкость разрушения определяется силами трения и длиной вытянутого из матрицы отрезка волокна. Высокая вязкость разрушения может быть получена и в композитах, в которых не происходит ни отслаивания, ни вытягивания волокон. Так, в системе бор — алюминий вязкость разрушения зависит в основном от энергии деформации, накопленной волокном в пластической зоне деформации композита непосредственно к моменту разрушения волокна. Вязкость разрушения ориентированных композитов, как правило, слабо зависит от вязкости разрушения матрицы. Исключение представляет случай, когда поверхность раздела прочна, а трещина распространяется параллельно волокнам в этих условиях вязкости разрушения композита и материала матрицы сопоставимы. При достаточно высокой объемной доле упрочнителя и слабой поверхности раздела вязкость разрушения определяется поверхностью раздела. Вязкость разрушения композитов, армированных ориентированным в нескольких направлениях упрочнителем, зависит, главным образом, от тех волокон, которые расположены поперек трещины и разрушение которых необходимо для дальней- [c.304]

О после прессования с напыленным N — Сг Д с напыленным Ti X после термообработки. Для сравнения приведены расчетные зависимости прочности от объемной доли волокна . .... 141 - 1121. [c.349]

Рис. 24. Распределение усадочных напряжений а/оо между волокнами в поперечном сечении композита объемная доля волокна 0,5 6/ =0,5 [48].

Рис. 27. Распределение остаточных усадочных напряжений на поверхности раздела в композите с различной объемной долей волокна [31].

На рис. 27 показан характер распределения остаточных напряжений при усадке, если жесткость компонентов материала постоянна, а объемная доля волокна меняется. При этом с увеличением содержания волокна в композите максимальное напряжение на поверхности раздела возрастает. [c.68]

При этом напряжения, возникающие на поверхности раздела под действием прилагаемой нагрузки, возрастают с увеличением объемной доли волокна. Результаты взаимного наложения остаточных термических напряжений и напряжений, обусловленных воздействием внешней нагрузки [И], приведены в табл. 1. [c.71]

При разработке волокнистых композитов чрезвычайно важным является выбор оптимального содержания наполнителя. Как уже отмечалось, концентрация напряжений на поверхности раздела в значительной мере зависит от объемной доли волокна в композите. Это подтверждается данными, приведенными на рис. 38, из [c.77]

В работе [12] представлены численные результаты для квадратной укладки круговых включений — волокон — при объемной доле материала волокна 40, 50 и 60%. Были рассмотрены случаи нагрузки как одного из указанных выше типов, так и комбинированные характеристики материала соответствовали в основном бороэпоксидиым композитам, но были исследованы также композиты стекло — эпоксид, графит — эпоксид и бор — алюминий. Хотя полученные результаты решения таких задач не позволяют точно установить пределы изменения параметров композита, они дают возможность хорошо предсказывать развитие зон пластичности при упругопластическом деформировании. [c.226]

После разрушения слабейших волокон поведение системы остается устойчивым, но диаграмма разгрузки не совпадает с диаграммой нагружения, хотя остаточные деформации отсутствуют. В системах без связующего, как, например, в случае троса или ткани с очень большим количеством параллельных волокон малого диаметра, соседние волокна почти квазистатически воспринимают нагрузку с разрушенных волокон ничего существенного не происходит, пока не достигается предельная нагрузка. Когда будет разрушено 10% общего числа волокон, причем считается, что все они одинакового сечения и длины, кажущийся модуль упругости при растяжении составит еще 90% своей начальной величины. При этом зависимость нагрузка — удлинение не очень сильно отклонится от прямой. Это отклонение намного меньше, если волокна заключены в матрицу, и при этом модуль упругости матрицы очень мал, мала ее объемная доля и волокна разрушаются н нескольких местах по длине. [c.18]

Исследованию подвергали образцы меди, армированные однонаправленными волокнами и вольфрамовыми сетками. Для получения однородности распределения волокон использовали сетку вольфрам—медь, в которой медные волокна располагались в поперечном направлении. Объемная доля продольного волокна составляла 0,5% в обоих случаях. Использовали вольфрамовую проволоку диаметром 0,03 мм и пределом прочности 325 кПмм . Расположение вольфрамовых волокон (W) в медной матрице показано на рис. а и 2, а. [c.144]

Для промышленного применения металлов, армированных волокнами, необходимо преодолеть значительные трудности, связанные с разработкой технологии их получения, а также соответствующих методов конструирования н расчета деталей. Однако с учетом высокого уровня прочности (особенно удельной) и возможности достижения требуемого комплекса свойств путем выбора материалов матрицы и волокон, изменения объемной доли волокон, их ориеггтиропки и т. д. широкое применение таки.х материалов в ближаСинсм бу-д Н1ем не вызывает сомнений. [c.640]

В примере, заимствованном нами из статьи Хашина [47], рассматривается цилиндрический стержень кругового поперечного сечения, армированный параллельными волокнами длина стержня равна / (5 футов 152,5 см), диаметр — d (4,0 дюйма 10,2 см) плотность —р (удельный вес = 3,0) волокна принимаются абсолютно жесткими и параллельными оси цилиндра. Считая возможным использовать теорию эффективных модулей, компоненты комплексных модулей сдвига можно определить по формулам (127), где объемная доля волокон 02 принята равной 0,6. Для матрицы (фаза с индексом 1) Хашин предположил, что тангенс угла потерь сохраняет постоянное значение [c.166]

Мак-Локлин [45, 46] изучал влияние формы конца волокна на максимальное касательное напряжение, рассматривая прямоугольные, полукруглые и V-образные концы. Он исследовал также влияние зазора около конца волокна, открытого или замкнутого зазора между двумя коллинеарными волокнами, величины промежутка между волокнами (для объемных долей волокон 0,16 и 0,45), эксцентричности волокон и наложения концов волокон. Наибольшие значения коэффициента концентрации касательных напряжений, определяемого как Ттах/тсредн, достигали 13 и наблюдались в случае, когда концы двух волокон находились в непосредственной близости (на расстоянии не более одного диаметра). Эта концентрация приблизительно на 50% выше максимальной концентрации у изолированного конца волокна, [c.518]

Все рассмотренные выше работы выполнены для двумерных моделей композитов. Поскольку волокнистые 1композиты трехмерны, можно ожидать, что полученные выше выводы применимы к трехмерным системам лишь с определенными ограничениями. Некоторые результаты были получены для цилиндрических систем, однако в таком композите трудно точно оценить влияние соседних волокон. Оуэн и др. [47] провели сопоставительный анализ плоскостной и цилиндрической моделей, но, к сожалению, объемные доли волокон в этих случаях были неодинаковыми. Каррара и Мак-Гэрри [11], исследуя в условиях упругой деформации поведение системы, содержащей одиночное волокно, пришли к выводам о важной роли передачи напряжений через концы волокна (порядка 20% общей нагрузки на волокно) и о возникновении поперечных напряжений у концов волокна. Эти радиальные и тангенциальные напряжения могут намного превосходить соответствующие напряжения в композитах с непрерывными волокнами так. в исследованной системе радиальные напряжения на поверх- [c.64]

Пэйтон и ЛО Кхарт рассчитали нижние предельные значения поперечной прочности, полагая, что в расчетах волокна могут быть заменены отверстиями (рис. 3) и что поперечная ирочность композита меняется с изменением объемной доли волокон соответственно живому сечению. Согласно их дангным, если объемная доля такова, что волокна касаются друг друга, композит обладает определенной поперечной прочностью. Однако для композитов значительной толщины (или при расположении волокон у поверхности композита) поперечная прочность при максимальной близости волокон должна приближаться к нулю с приближением к нулю доли сечения, несущей нагрузку. [c.194]

Влияние расположения волокон на нижнее предельное значение поперечной прочности может быть проиллюстрировано с помощью двух основных типов расположения параллельных волокон—плотноупакованного и ортогонального. Рассмотрим плот-ноупакованное гексагональное расположение равномерно распределенных волокон, в котором элементарной ячейкой является равносторонний треугольник (рис. 8). Для этой конфигурации при приложении напряжений параллельно основанию треугольника нижнее предельное значение поперечной прочности композита соответствует верхним кривым на рис. 8. Зависимость Ок/сТм (Уг объемной доли волокон описывается двумя линиями, пересекающимися при Fb—0,30. Поперечная прочность быстрее уменьшается с ростом Vb, когда объемная доля превышает примерно 0,30, и достигает нуля, когда волокна касаются друг друга (Vb=0,906). Если напряжения приложены в направлении высоты [c.199]

На рис. И и 12 сопоставлены геометрическая модель и модель Чена и Лина применительно к случаям квадратного и гексагонального плотноупаковавного расположений волокон в композите. Направление приложения напряжений относительно волокон схематически изображено на каждом рисунке. Нижние предельные значения поперечной прочности близки при ивадратном расположении, но заметно различаются в области средних значений объемной доли волокон при гексагональном расположении. Рис. 11 и 12 иллюстрируют рассмотренное ранее затруднение, связанное с моделью Чена и Лина, а именно, отличие от нуля значений поперечной прочности композитов при максимальной плотности упаковки волокон, когда волокна не скреплены с матрицей и касаются друг друга. Указанные модели можно было бы сравнить с помоидью имеющихся экспериментальных данных для этих композитов, но такие данные получены в основном для случайного расположения волокон. Как указывалось выше, в рамках геомет- [c.202]

Чтобы понимать особенности поведения композитных материалов при нагружении в упругопластической области, необходимо разобраться в роли поверхности раздела как элемента структуры, передающего напряжения от матрицы к упрочнителю кюмпо-зита. Классификация поверхности раздела может быть основана на различных принципах. С физико-химической точки зрения различают следующие типы связи (по отдельности или в совокупности) механическую путем смачивания и растворения окисную обменно-реакционную смешанные связи [58]. В зависимости от способа изготовления или выращивания композита можно выделить две основные группы поверхностей раздела в композитах, полученных направленной кристаллизацией (in-situ), и в волокнистых композитах, армированных проволокой или волокнами и изготовленных путем диффузионной сварки, пропитки жидким металлом или методом электроосаждения. В композитах, изготовленных направленной кристаллизацией, фазы находятся практически в равновесии тем не менее в них возможна физикохимическая нестабильность [4, 74], которая приводит к сфероиди-зации или огрублению структуры при незначительном изменении состава и количества какой-либо фазы. Иная ситуация имеет место в волокнистых композитах — различие химических потенциалов в окрестности поверхности раздела является движущей силой химической реакции и (или) диффузии, а эти процессы могут приводить к изменению состава и объемной доли каждой фазы. [c.232]

Рис. 6. Поперечный фез композита алюминий — нержавеющая сталь с объемной долей упрочни-теля 6,5% после прессования (а), после отжига при 823 К в течение 24 ч (б) и после отжига при 898 К в течение 24 ч штриховой Л1шнеп обозначен исходный контур волокна.

Крайдер и Марчиано [48], исследуя прочность композитов алюминий — борсик при растяжении и сжатии, установили, что она заметно зависит от вида нагружения. В случае объемной доли упрочнителя 50% пределы прочности при растяжении и сжатии составляли соответственно 112 и 208 кГ/мм [48]. Сжимающая нагрузка воспринимается волокнами упрочнителя непосредственно, а растягивающая передается через поверхность раздела путем сдвига. Вследствие этого разрушение композита при одноосном сжатии представляет собой один из типов разрушения при испытании на выгибание. [c.250]

Длина отслаивания волокна от матрицы увеличивается с павышепиам объемной доли во-локон, поэтому соответствующая зависимость нелинейна. [c.282]

Хотя наибольший практический интерес представляют композиты с множественной ориентацией упрочнителя, основные закономерности поведения композитов исследовали, как правило, для случая направленного расположения упрочнителя. Работ, посвященных изучению характеристик вязкости разрушения композитов, армированных в нескольких направлениях, крайне мало. Как указывалось выше, было установлено, что вязкость разрушения при распространении трещины перпендикулярно волокнам много больше, чем при распространении вдоль волокон. Кроме того, зависимость вязкости разрушения от объемной доли волокон оказалась линейной. Согласно последней работе Олстера и Вудбери [33], которая была выполнена на композитах с эпоксидной мат- [c.293]

В работе, посвященной упрочнению Ni и Ni — Сг сапфиром, Меган и Харрис [31] изучали поперечную прочность композита с матрицей Ni-18,5 r в зависимости от объемной доли волокна и условий прессования. На рис. 23 приведены их данные и теоретические оценки поперечной прочности в зависимости от объемной доли волокна для случаев идеальной связи и ее отсутствия, рассмотренные в гл. 5. [c.347]

На рис. 23 представлены кривые зависимости концентрации граничных сдвиговых на1пряжений на конце разрушенного волокна в композите, рассчитанные с помощью уравнений (13). Можно видеть, что максимальная величина таких напряжений в композите не так высока, как для единичных волокон (рис. 22) и зависит от типа и объемного содержания наполнителя. Значения коэффициента концентрации касательных напряжений, соответствующих реальному содержанию наполнителя в композите, колеблются от 0,1 до 0,3, что вполне допустимо, если учесть фактические растягивающие напряжения в композите в напра1вле,нии оси вол-окон. Например, в боропластике с 50 об. % волокна при нагружении до 70 кгс/мм (что составляет примерно половину 1предела его прочности) наибольшие сдвиговые напряжения на свободном конце волокна будут, согласно результатам, представленным на рис. 23,. около 7 кгс/мм . Использование в этом случае данных рис. 22 приведет к ошибочным результатам. Анализируя рис. 23, необходимо-отметить следующее максимальные касательные напряжения на конце волокна остаются почти неизменными при среднем объемном содержании волокна они быстро возрастают при малых и больших объемных долях волокон. [c.63]

Рис. 26. Распределение остаточных усадочных напряжений на поверхности раздела в композите при различном соотношении модулей упругости волокна и смолы и объемной доле волокна 0,64 и атАТ=0,01 [31].

Анализ микроостаточных напряжений в композите показывает, что 1) радиальные напряжения на поверхности раздела могут быть либо растягивающими, либо сжимающими их величина определяется жесткостью компонентов и воз(растает с уменьщением соотнощения Е 1Ет они зависят также от объемной доли волокна 2) возникающее вокруг волокна касательное напряжение приводит к местному отслаиванию его от матрицы 3) окружное напряжение на поверхности раздела или в матрице является растягивающим и достаточно велико. [c.69]

Рис. 28. Распределение напряжений, возникающих на поверхности раздела в композите с объемной долей волокна 0,64 иод действием внешней напрузки при различных значениях модулей упругости волокна и смолы [31].

На рис. 29 показано раопределение напряжений в композите на поверхности раздела при условии, что жесткость компонентов остается постоянной, а меняется только объемная доля волокна. [c.70]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...