Разрушение межслойное

Анализ данных табл. 5.17 позволяет сопоставить сопротивление материалов действию растягивающих, сжимающих и изгибающих нагрузок. При испытании на изгиб разрущение образцов происходило в зоне растягивающих напряжений. Разрушения вследствие межслойного сдвига или концентрации напряжений в местах приложения сосредоточенных нагрузок [c.159]

Рис. 12. Влияние прочности поверхности раздела на форму поверхности разрушения. (Мерой прочности поверхности раздела считали межслойную сдвиговую прочность.) [69].

Рис. 20. Разрушение от поперечного растяжения, возникшее в ортогонально армированном образце при межслойном сдвиге [11].

Указанное явление многократно наблюдалось экспериментально не только в довольно очевидных случаях армированных смол, но и, например, в направленно кристаллизованных эвтектических сплавах [41, 80]. Отклонение трещины отмечалось также в слоистых материалах [26, 60, 5], где было получено значительное увеличение вязкости разрушения за счет механизма поворота трещины. Для изотропных материалов необходимое отношение прочности на растяжение к межслойной сдвиговой прочности равно примерно четырем. Для большинства сортов древесины это отношение около шести, в то время как для крайне анизотропных материалов типа углепластиков величина отношения может достигать 11 (см. [50]). Это означает, что для безусловного возникновения расслаивания, действующего как механизм торможения трещины в современных сильно анизотропных композитах, межслойная сдвиговая прочность должна быть довольно низкой. Это может быть допустимым в некоторых конструкциях, испытывающих воздействие простого растяжения, но при необходимости сопротивления двухосному нагружению невозможно одновременно достигнуть удовлетворительной прочности и нечувствительности к надрезам. [c.466]

Подойти к решению проблемы расчета предельных напряжений слоистого композита можно также, рассматривая рост зон межслойного разрушения до тех пор, пока не наступит разрушение композита в целом от расслоения или разрушения волокна. [c.51]

Рис. 2.17. Поперечное сечение образца с межслойным разрушением па свободных кромках (схематически) [47].

Кроме того, начальные разрушения слоев (поперек направления армирования или сдвиговые) в композите приведут к появлению отдельных трещин между волокнами в этих слоях. Разрушиться может как поверхностный слой, так и слой, лежащий внутри пакета материала. Как только появилась трещина между волокнами, межслойные касательные напряжения вблизи нее обеспечивают действие механизма перераспределения напряжений. Усилия, воспринимаемые слоем, после его разрушения могут быть перенесены на прилегающие неповрежденные слои, допуская тем самым дальнейшее возрастание нагрузки на композит без его разрушения в целом. Ранее уже упоминалось, что понимание особенностей поведения слоистого композита после появления начальных разрушений в слоях при низких уровнях напряжений чрезвычайно важно в задаче оценки несущей способности изделий из слоистых композитов. [c.80]

В работе [48] эти механизмы разрушения изучены для плоского напряженного состояния вокруг короткой трещины, параллельной волокнам, в одном или нескольких слоях композита (см. рис. 2.28). Установлено, что в исследуемой области существуют межслойные касательные и нормальные напряжения, а также концентрация напряжений в неповрежденных слоях, прилегающих к слою, содержащему трещину, и в самом этом слое рядом с трещиной. Рассмотрены следующие механизмы разрушения нарушение сцепления между слоями, разрушение вследствие перенапряжения в слоях, прилегающих к слою с трещиной, и линейное распространение инициированных трещин в слоях. [c.80]

На рис. 2.29 показаны типичные зависимости, полученные при помощи предложенного анализа. Верхний график иллюстрирует характерное изменение протяженности а зоны межслойного разрушения при изменении средних напряжений сг, приложенных к композиту. Межслойное разрушение начинается только после того, как напряжения между слоями достигнут уровня Су, соответствующего появлению неупругой области на границе трещины в слое. При дальнейшем росте напряжений вплоть до уровня Ос (рис. 2.29) размер неупругой области увеличивается. При Ос нарушится связь между слоями с трещиной и смежными слоями (начинается процесс расслоения). При этом в большинстве случаев еще возможно дальнейшее увеличение средних напряжений в композите. Как правило, рост напряжений выше уровня сгс составляет 10 ч- 100% в зависимости от свойств материала. Окончательно, при напряжении Od рост области расслоения становится неустойчивым, и последующее малое приращение приложенных напрял<ений приводит к полному разрушению композита. Напряжение Od считается напряжением, приводящим к разрушению слоистого композита от нарушения межслойных адгезионных связей, при условии, что в композите существуют слои с начальными трещинами. Подобное представление процесса межслойного разрушения аналогично рассмотренному ранее процессу распространения трещины в направлении нагружения (рис. 2.27). [c.82]

На рис. а а — размер зоны межслойного разрушения а — напряжение, приложенное к композиту / —разрушение композита от распространяющейся области нарушения сцепления между слоями. [c.83]

ЦИКЛОВ С использованием соответственно пересчитанных механических характеристик материала. Предположим, что рассматриваемый слоистый композит содержит начальную поперечную сквозную трещину длиной 2а. Тогда первые несколько циклов нагружения при заданных отношениях напряжений и амплитуды максимального напряжения не приведут к существенным изменениям напряженного состояния у кончика трещины. Последующее длительное воздействие циклической нагрузки вызовет изменения в матрице, волокнах и поверхности раздела. Этот процесс описывается уравнениями (2.6), (2.7). Наступает момент, когда характеристики жесткости и прочности композита изменяются настолько, что появляется возможность распространения трещины в наиравлении нагружения, как показано на рис. 2.27. Вначале рост трещины устойчив — это было показано ранее. Следовательно, геометрия образовавшейся трещины такова, что материал еще может безопасно подвергаться дальнейшему нагружению. При этом продолжается уменьшение модулей упругости и прочности, что, вероятно, вызывает ускорение роста трещины. В конечном итоге после многократного повторения циклов нагружения свойства материала ухудшаются настолько, что при амплитудном значении напряжения трещина прорастает катастрофически и наступает усталостное разрушение. Однако следует иметь в виду, что в результате действия механизмов, тормозящих разрушение, как в случае слоистого композита со схемой армирования [0°/90°] , усталостное испытание может закончиться разрушением образца вследствие падения его прочностных свойств. В процессе усталостного нагружения могут, кроме указанного, проявиться и другие механизмы разрушения, такие, как разрушение волокон в окрестности кончика трещины из-за высокой концентрации напряжений. За этим может последовать распространение поперечной трещины, как показано на рис. 2.31, или межслойное разрушение (расслоение) вблизи надреза (рис. 2.16), или вдоль свободных кромок образца (рис. 2.17). В любом из этих случаев развитие процесса разрушения поддается предсказанию. Получив количественную оценку протяженности области разрушения (определяемой как а или а), можно установить соотношения da/dN или da/dN и сравнить их с экспериментальными данными. [c.90]

Ранее упоминалось, что предложенный анализ не позволяет учитывать очень существенное влияние последовательности укладки слоев композита по толщине и межслойное разрушение. Однако известно (см., например, [16]), что предельная нагрузка и вид разрушения композитов при статическом и усталостном нагружениях сильно зависят от [c.95]

Еще одним видом разрушения, присущим исключительно слоистым композитам, является расслоение в условиях плоского напряженного состояния. В простейшем случае этот вид разрушения можно наблюдать при одноосном растяжении плоских образцов со свободными кромками (рис. 3.21). Причиной такого вида разрушения плоских образцов является высокая концентрация межслойных нормальных напряжений в области, расположенной вдоль свободных кромок ), вызванная различием свойств смежных слоев (коэффициентов Пуассона, коэффициентов термического расширения и т. п.) [38]. [c.133]

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]

При рассмотрении плоскостного направления, так же как и в случае краевого направления, Ох > Оу. Действительное же отношение прочностей в направлениях х к у составит примерно 0,1. Поскольку отношение напряжений для плоскостного направления ау/ох равно примерно 0,2, разрушение будет происходить под действием напряжения Оу и будет распространяться в межслойном направлении. На рис. 4.18 показана модель распространения трещины в случае плоскостного направления. От трещины длиной а в го [c.94]

Исследованию подвергались композиты, у которых в качестве матрицы использовалась эпоксидная смола. Для армирования применялись различные волокна, располагавшиеся в одном направлении. Сопоставление результатов, полученных при использовании изложенной здесь методики, с результатами экспериментального исследования энергии удара показывает, что расчетные значения оказываются выше экспериментальных. Действительные значения составляют 41—68% от расчетных. Это обстоятельство, по-видимому, связано с тем, что в процессе разрушения дополнительно имеет место межслойный сдвиг. [c.174]

Повышенная сопротивляемость многослойных конструкций распространению разрушения, что бывает очень важно с точки зрения предотвращения аварии и уменьшения степени ее последствий, обусловлена межслойными зазорами, препятствующими развитию трещины по толщине стенки. Поэтому в многослойных конструкциях, не имеющих монолитных зон, образование сквозных разрывов при расчетных напряжениях как правило не происходит. В зонах кольцевых швов разрушение под действием рабочих напряжений может быть локализовано благодаря более высокой динамической вязкости разрушения многослойного металла. [c.21]

Созданы методики и оборудование для усталостных испытаний высокомодульных материалов. Расчеты на прочность при переменных нагрузках как по коэффициентам запаса прочности, так и при помощи вероятностных методов расчета требуют знания характеристик сопротивления усталости материала. Для этого разработаны оборудование и методики проведения усталостных испытаний композитов при растяжении, изгибе, межслойном сдвиге и смятии в мало- и многоцикловой областях. Установлено, в частности, что современные углепластики обладают высоким сопротивлением усталости по сравнению с металлическими материалами, что позволяет эффективно применять их при значительных амплитудах переменных нагрузок. Были выявлены статистические закономерности подобия усталостного разрушения углепластиков и разработаны предпосылки создания инженерной методики оценки усталостной долговечности элементов конструкций из углепластиков. [c.17]

Явление возрастания межслойного расстояния служит основной причиной разбухания углеродистого вещества и в ряде случаев полного его разрушения. [c.250]

Равнонапряженность 370 Равнопрочность 375 Размеры накладок 196 Разрушение межслойное 178 [c.507]

Раанирение сферы использования пространственно-армированных материалов. вызывает необходимость доведения до промышленности надежных численных оценок физических и прочностных свойств этих материалов. Книга содержит обширный экспериментальный материал. Главное внимание уделено межслойному сдвигу и поперечному отрыву. Улучшение показателей по этим характеристикам и по вязкости разрушения подтверждено экспериментами, что позволяет говорить о возможности раси1ирения областей применения пространственно-армированных композиционных материалов. [c.3]

Диаграмма деформирования композиционных материалов вплоть до разрушения играет крайне важную роль при формулировке микромеханических теорий прочности. Приведем некоторые результаты для типичных композитов. На рис. 4 изображены кривые деформирования однонаправленного углепластика при нагружении в плоскости, а на рис. 5 — при межслойном сдвиге. Соответствующие кривые для боропластика приведены на рис. 6 [c.111]

Межслойное сдвиговое разрушение при испытаниях коротких балок на поперечный изгиб возникает в условиях сложного напряженного состояния [61, 54]. Этот тип разрушения более характерен для элемента конструкции в сложных условиях нагружения, чем для однородно нагруженного однонаправленного композита, подверженного действию одного из напряжений. [c.154]

Если предполагать, что межслойное сдвиговое разрушение возникает в плоскости, в которой касательные напряжения достигают максимума, а остальные напряжения пренебрежимо малы по сравнению с касательными, то вид разрушения можно считать идентичным разрушению от внутрислойных касательных напряжений. Тогда для предсказания межслойной сдвиговой прочности можно использовать уравнения разд. IV, относящиеся к внутри-слойной прочности пластика. В полуэмпирическом методе поправочные коэффициенты уравнения (29) следует выбирать из экспериментов на поперечный изгиб коротйой балки. [c.154]

Разрушение однонаправленного композита при изгибе может произойти от растяжения, сжатия или сдвига. Возможна также комбинация этих разрушений. Экспериментальные данные обнаруживают линейную зависимость прочности при изгибе от объемного содержания волокон (рис. 42) и от межслойной сдвиговой прочности [56]. Используем эти факты для установления критерия изгибной прочности. [c.155]

Хофер и Олсен [5] при помощи аппаратуры, измеряющей затухание ультразвуковых волн, контролировали наличие начальных дефектов, а также поврежденность образцов при растяжении или циклическом нагружении. Ранее они отметили, что образцы, вырезанные из толстостенных цилиндров и подверженные испытанию на межслойный сдвиг, испытывают резкое снижение межслойной сдвиговой прочности, соответствующее определенному уровню затухания ультразвука. В последующей работе Хофер.и Олсен [5] обнаружили, что разрушению образца нельзя приписать некоторого определенного уровня затухания. Однако графическая зависимость затухания от log долговечности оказалась очень крутой для образцов с малым временем жизни. Они сделали вывод о необходимости дополнительных экспериментов. [c.357]

Первоначально внимание было сосредоточено на высокомодульных волокнах типа I (НМ). Было обнаружено, что композиты на основе таких волокон обладают низкой межслойной сдвиговой прочностью, в некоторых случаях она была равна всего лишь 15 Н/мм . В дальнейшем было установлено, что поверхностная обработка волокон путем их окисления может приводить к сугде-ственному повышению межслойной сдвиговой прочности композитов. Характерная для этого случая величина прочности приведена в табл. II для Графила HM-S (S — surfa e treatment — поверхностная обработка). С использованием волокон типа II можно получить совершенно хрупкие композиты, не обнаруживающие разрушения в виде межслойного сдвига при изгибном испытании по схеме короткой балки. Установлено, что волокна типа III в необработанном состоянии обеспечивают удовлетворительную меж-слойпую сдвиговую прочность. [c.366]

Обсуждаться будет только случай однонаправленного армирования, поскольку по усталости таких композитов проводились наиболее подробные исследования. К тому же наибольший акцент будет сделан на обсуждение результатов испытаний образцов на одноосное нагружение параллельно направлению укладки волокон, так как в этих экспериментах имеет место однородное напряженное состояние и интерпретировать такие результаты проще всего. В большинстве случаев увеличение угла между направлением приложения нагрузки и направлением армирования приводит к понижению усталостной прочности композитов и к изменению вида разрушения, а испытания на изгиб делают более выраженным межслойное разрушение сдвигом. [c.395]

Определение предельных напряжений для слоистых композитов исходит, как правило, из информации о прочностных свойствах однонаправленного слоя. Есть все основания утверждать, что при современном состоянии технологии необходимым условием анализа процесса разрушения слоистого композита является предварительная оценка прочностных свойств однонаправленного композита. В то же время существуют очень убедительные данные, что это, условие не является достаточным. Напряженное состояние однонаправленного слоя определяется действием трех главных напряжений (нормальных в направлении волокон и под углом Эб к ним, касательных в плоскости слоя), а также возникающими в композите напряжениями межслойного сдвига и нормальными напряжениями перпендикулярно плоскости слоев. Рассмотрим коротко соотношения между - прочностными свойствами слоя и свойствами составляющих его компонент. [c.39]

Общий метод построения предельной поверхности для слоистого композита состоит в следующем предполагая совместность деформирования слоев композита при заданном илоском напряженном состоянии, рассчитывают напряжения в плоскости и деформации каждого отдельного слоя. Определенное таким образом наиряженно-деформированное состояние слоя сравнивается с критерием прочности каждого слоя предполагается, что первое разрущение слоя ) вызывает разрушение слоистого композита в целом. В действительности дело обстоит сложнее, поэтому необходимо углублять понимание особенностей поведения слоистого композита при таких уровнях напряжений, когда в соответствии с выбранным критерием в некоторых слоях уже достигнуто предельное состояние. В зависимости от вида напряженного состояния напряжения, соответствующие началу разрушения слоев, могут не совпадать с экспериментально определяемыми предельными напряжениями композита в целом. Как правило, совпадение наблюдается, если первое разрушение слоя происходит по волокну (по достижении предельных напряжений в направлении армирования). В остальных случаях, когда критерий предсказывает для слоя разрушение по связующему (от нормальных напряжений, перпендикулярных направлению армирования, от касательных — межслойных или в плоскости), экспериментально определенные предельные напряжения композита не соответствуют теоретически подсчитанным. Как теория, так и экспериментальные наблюдения указывают, что подобное поведение слоистых композитов объясняется взаимодействиями между различно ориентированными слоями. Меж-слойные эффекты могут наблюдаться как у свободных кромок, так и внутри материала, когда слои разрушаются от растяжения перпендикулярно направлению армирования или от сдвига в плоскости армирования. [c.50]

Рис. 2.10. Межслойное разрушение при усталостном нагружении образца слоистого боропластнка [07-Н 45707—45°] s с круговым отверстием [45].

Подход Петита — Ваддоупса предполагает постоянную податливость композита в пределах каждой ступени нагружения и взаимную независимость различных механизмов разрушения. Тангенциальные модули, используемые при вы-числениях податливостей, зависят только от одной компол ненты деформации, т. е. на величину тангенциального модуля в направлении волокон не влияют деформации в поперечном направлении или сдвиговые деформации и т. д. Рассматриваемый подход ограничивается анализом несущей способности слоистых композитов, симметричных относительно срединной плоскости (Bij = 0), в условиях одноосного или пропорционального двухосного нагружения в плоскости армирования. Поскольку в основу подхода положена классическая теория слоистых сред, межслойные взаимодействия не учитываются. Как и в предыдущем методе, для слоистых композитов с одинаковой схемой армирования в плоскости, но разным расположением слоев по высоте предсказываются идентичные предельные кривые и диаграммы деформирования. В действительности разное расположение слоев по высоте композита может внести значительные изменения в величину прочности. [c.151]

На основании приближенной теории слоистых сред в гл. 2 разработана теория разрушения, не использующая гипотезы линейной упругой механики разрушения. Слоистая теория используется для того, чтобы учесть приближенным образом эффекты свободных кромок, наличие межслойного сдвига, влияние укладки слоев по толщине, эффекты стеснения касательных деформаций около трещины прилегающими слоями и т. д. Предложенная в гл. 2 модель оценена путем сравнения с эксиериментальными данными, полученными на слоистых композитах. Для расчетов по этой модели необходимо иметь предварительное представление о возможных видах разрушения и знать ряд параметров анализируемого материала. [c.243]

Микроструктурные исследования показали, что усталостное разрушение биметаллической композиции как при комнатной температуре, так и при 800°С имеет сложный характер — в отсутствие четко выраженного деформационного микрорельефа в науглероженной зоне стали Х18Н10Т, а также в обезуглероженной зоне основного металла интенсивное дробление зерен и разрыхление поверхности сопровождаются образованием многочисленных очагов разрушения. При этом дробление происходит раньше, чем начинается развитие главной транскристаллической или межкристаллической трещины, приводящей к потере несущей способности слоя стали СтЗ. Межслойная поверхность раздела служит эффективным барьером для усталостной трещины,, так как напряженное состояние в вершине движущейся трещины резко изменяется. Магистральная трещина распространяется в плакирующем слое а при слиянии ее с трещиной материала основы образец ломается. [c.225]

Таким образом, проведенные металлографические исследования показали, что процесс усталостного разрушения двухслойной стали СтЗ + -f- Х18Н10Т характеризуется а) зарождением и развитием трещин в поверхностных слоях основного металла и плакировки б) накоплением и развитием необратимых повреждений в обезуглероженной зоне основного металла, играющей роль слабого звена в) блокированием усталостных трещин межслойной поверхностью раздела. [c.225]

На технологической линии ПО Уралхиммаш была доказана возможность получения из этих полотнищ многослойных обечаек удовлетворяющих требованиям технических условий на изготовление рулонированных сосудов. Из них было изготовлено и испытано три сосуда диаметром 600 и 800 мм. В результате прочностных исследований установлены следующие закономерности в сосуде, опрессован-ном технологическим давлением, межслойные зазоры одинаковы в обечайках из полотнищ и рулонной стали измерением напряженного состояния сосудов после опрессовки технологическим давлением отмечено отсутствие перегрузки внутреннего слоя по всей длине обечаек из полотнищ обычно характерное для сосудов с короткими рулонированными обечайками испытание сосудов до разрушения подтвердило высокую несущую способность рулонированной конструкции из полотнища, находящейся на уровне значений однослойных сосудов. [c.60]

Контроль герметичности сварных соединений труб позволяет выявить сквозные дефекты, которые могут соединять рабочую полость трубы с межслойными зазорами и, как следствие, вызывать ее разрушение. Для этой цели используется вакуумно-пузырьковый способ, позволяющий достаточно яросто, безопасно и экономично выявлять сквозные дефекты с чувствительностью 10- л х Хмкм/с, выполнять контроль при одностороннем доступе к сварным соединениям, исключить необходимость применения сжатого воздуха либо другого пробного газа, определять места расположения течей, их вид и размер в процессе контроля, оперативно проверять качество ремонта негерметичных мест [1]. [c.242]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...