Модель композита

Более реалистические модели композитов могут быть изготовлены путем заливки матрицей больших наборов включений. На рис. 6 показаны картины полос, полученные при усадке вокруг наборов включений, центры которых располагаются в узлах квадратной сетки различ)1ым промежуткам между включениями соответствуют разные объемные доли волокон. [c.504]

Рис. 7. Картины изохром в моделях композита с квадратной укладкой включений при параллельной нормальной нагрузке (расстояние между включениями Д// = 1). Вверху — светлое поле, внизу—темное поле нагрузки указаны в фунт/дюйм (1 фунт/дюйм 0,07 Кг/см ).

В поперечно нагруженных композитах важную роль играет коэффициент концентрации деформаций. Этот коэффициент определяется как отношение максимальной радиальной деформации на границе раздела к средней деформации модели композита [c.511]

Описанный выше трехмерный метод является, гю-видимому, единственным экспериментальным методом, дающим возможность полного микромеханического исследования напряжений в реалистической модели композита. Как любой метод, он связан с определенными трудностями и обладает известными недостатками. Для того чтобы отделить усадочные напряжения от напряжений, обусловленных внешней нагрузкой, нужно изготовить две одинаковые модели и, по существу, провести два полных не- [c.538]

Рис. 33. Модель композита в полярископе рассеянного света.

Рис. 35. Установка для приложения динамической растягивающей нагрузки к моделям композитов I — модель, 2 — захваты, 3 — управляемый на расстоянии магнит, 4 — падающий груз, 5 — электрические контакты, 5 — неподвижный диск, 7 — статическая нагрузка 20 фунтов.

Рис. 38. Модель композита после приложения динамической растягивающей нагрузки. На фотографии видно распространение трещины и ее остановка в области матрицы, смежной с центральным стеклянным бруском.

Рис. 39. Остановившаяся трещина в модели композита после приложения динамической растягивающей нагрузки.

Рис, 40. Модель композита после повторного приложения динамической растягивающей нагрузки. [c.544]

Модели поверхности раздела 18—23 Модель композита с малой объемной долей волокон 51 ---большой объемной долей волокон 51 [c.431]

Рис. 3. Разрушение по поверхности раздела модели композита при растяжении в поперечном направлении [39].

Л — схема деформации модели композита б — распределение напряжений на поверхности раздела в упругой матрице в — распределение напряжений на поверхности раздела в пластичной матрице — касательное напряжение на межфазной границе а — напряже- [c.47]

Большой класс связующих представляют полимеры. Это вязкоупругие материалы, которые даже при комнатной температуре под нагрузкой в различной степени ползут. Если в них поддерживается постоянная деформация, то напряжения релаксируют или до нуля, или до некоторого другого значения. Их диаграммы напряжение — деформация чувствительны к скорости деформации, а модуль имеет тенденцию к увеличению с увеличением этой скорости. Короче, это материалы со свойствами, зависящими от времени. Соответствующие свойства, которые позднее будут использованы при разработке временной модели композитов с полимерными матрицами, представлены в разд. III. [c.280]

Значительное влияние могут оказывать и методы получения композитов, рассмотренные в гл. 1. От этих методов зависят размеры и распределение пустот и включений, образующихся в процессе изготовления композита, степень неравномерности распределения волокна, состояние адгезии на поверхностях раздела, остаточные напряжения и др. Таким образом, можно видеть, что на поведение композита при разрушении влияет большое число факторов. Поэтому важно при исследовании особенностей разрушения выбрать соответствующую модель композита, которую можно было бы исследовать, или же, используя микромеханику разрушений и вероятностные методы, получить требуемые характеристики. [c.108]

Полидисперсная модель композита с поврежденными разупрочняющимися волокнами [c.252]

Модель композита с разупрочняющимися волокнами [c.253]

КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ КОМПОЗИТА [c.14]

Классификация моделей композита [c.15]

С позиций системного анализа композиционный материал можно рассматривать как некоторую систему определенным образом взаимосвязанных идеализированных физических элементов, называемых далее структурными. При таком подходе моделирование свойств композита в конечном итоге сводится к моделированию взаимосвязи, а при изменении физико-механического состояния композита — взаимодействия между его структурными элементами. Следовательно, мерой сочетания абстрактного и эмпирического в модели композиционного материала является уровень (порядок) выделяемого исследователем структурного элемента, определяемый по отношению ко всей системе, т. е. к композиту в целом. В соответствии с уровнем используемого структурного элемента любая конкретная модель композита может быть зачислена в один из трех классов моделей [c.15]

Эмпирические модели композита. В этом классе реализуется верхний предельный уровень структурного элемента — собственно композит. К рассматриваемому классу отнесем, во-первых, все случаи моделирования физико-механических характеристик композиционного материала по результатам соответствующих испытаний его образцов (фрагментов). Моделирование свойств конструкционного материала в подобных случаях всегда сводится к отождествлению характеристик его образцов с характеристиками материала готового изделия. При этом должны учитываться геометрический и масштабный факторы, а в случае композита, кроме того, факторы, обусловленные технологией изготовления [c.15]

В разд. III приводятся различные аппр01ксимации эффективных упругих модулей. В частности, указаны эффективные упругие модули для следующих моделей композитов [c.66]

Второй дополнительно рассматриваемый здесь метод относится к началу развития теории композиционных материалов. Он опирается на грубые модели композитов со всеми допущениями, используемыми в сопротивлении материалов. Оценки, полученные этим методом, вытеснены результатами, полученными на описанных выше более совершенных моделях. Ознакомиться с этим методом можно по работам Чамиса и Сендецки (Чамис и Сендецки [26], Сендецки 133]). [c.90]

Первоначально анализ ограничивался изучением поверхности изолированных включений типа стержней. Некоторые эксперименты, в которых применялся метод рассеянного света и исследовались одиночные включения в виде стержней, описаны в работах [52, 41]. О первом подробном исследовании напряжений в реалистической трехмерной модели композита сообщили Мар-лофф и Дэниел [47]. В этой работе обычная методика замораживания напряжений применялась для определения напряженного состояния в матрице однонаправленно армированной композиционной модели, подвергающейся усадке и нормальной поперечной нагрузке. В этой модели отношение модулей материала матрицы и включений приближалось к соответствующем отношению для боропластика. [c.527]

Динамические фотоупругие исследования композитов сравнительно немногочисленны. Хантер [37] описал предварительное динамическое фотоупругое исследование распространения волны в модели композита. Двумерная модель, состоящая из чередующихся полос материалов волокна и матрицы , подвергалась взрывной нагрузке на одном конце при фотографировании динамических картин полос в качестве источника света применялся лазер с модулированной добротностью. Исследование носило качественный характер, а модель была нереалистической, поскольку отношение динамических модулей материалов волокна и матрицы составляло всего 1,61. Автор [16, 17] провел фотоупругое исследование динамики распространения трещин в более реалистической модели волокнистого композита. Цель этой работы заключалась в изучении распространения в матрице однонаправленного волокнистого композита трещины, возникающей при разрушении одного внутреннего волокна. Внезапно высвобождающаяся энергия обычно вызывает распространение трещины по направлению к соседним волокнам. Постановка эксперимента и результаты этого иследования вкратце описываются ниже. [c.540]

Модели представляли собой идеализированные композиты, состоящие из чередующихся полос армирующего и матричного материалов. Они имели вид пластмассовых пластинок толщиной /4 дюйма, содержащих параллельные и равноотстоящие стеклянные бруски поперечного сечения /4 X Л дюйма. Стеклянные бруски были сцементированы с полосами полиэфирной смолы Homalite 100, что давало модель композита. К концам образца были прикреплены прокладки из плексигласа. В середине центрального стеклянного бруска высверливались маленькие отверстия, которым ультразвуковой обработкой придавалась форма щели это обеспечивало зарождение трещины и локализовало его [c.541]

Рис. 41. Мгновенные картины изохром вокруг распространяющейся трещины в стеклопластиковой модели композита при динамической растягивающей (шгруэке (скорость съемки 200 ООО кадров в секунду).

В следующих испытаниях промежутки между стеклянными брусками были увеличены за счет применения пластмассовых брусков вдвое большей ширины. Последовательность фотоупру-гих интерференционных картин (рис. 41) показывает высокую концентрацию напряжений у конца распространяющейся трещины. Одной из важных характеристик, наблюдаемых на этих интерференционных картинах, является угол наклона петель, образованных полосами вблизи конца трещины. Здесь наблюдается угол наклона более 90", что заметно отличается от известных результатов для однородных материалов. Герберих[28] наблюдал углы 45 и 60° для медленно растущих внутренних и краевых трещин соответственно. Уэллс и Пост [67] приводят значения угла, достигающие 80° для бегущих трещин. Как показал Ирвин [38], угол наклона изохроматической петли 0ш, максимальный модуль радиуса-вектора этой петли Гт и порядок полосы (или, что эквивалентно, максимальное касательное напряжение Тщ) связаны с коэффициентом интенсивности напряжений К или силой растяжения трещины Т. Было установлено, что сила ST очень чувствительна к изменениям угла наклона, Наблюдаемое в данном опыте значение этого угла указывает на большое различие в величине силы ST между моделью композита и однородным материалом. [c.546]

Рис. 42. Скорость распространения трещины в етеклоплаетиковой модели композита при динамической растягивающей нагрузке. По оси абсцисс — время в МКС, по оси ординат — расстояние в дюймах.

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]

С точки зрения представлений об окисной связи работа [45] достойна упоминания, так как в предложенной модели композита сапфир — никелевый сплав авторы обусловили химическим взаимодействием прочность связи. Они предположили, что прочность связи возрастает по мере увеличения степени взаимодействия. Однако эффективная сила связи может и уменьшаться, если избыточное взаимодействие ослабляет упрочиитель. Прочностные аспекты этой теории обсуждаются более подробно в гл. 4, посвященной влиянию поверхностей раздела на продольную прочность композитов. Там отмечается, что наблюдаемая прочность связи очень мало изменяется с ростом толщины зоны взаимодействия от 0,1 до 5 мкм. Этот результат может означать, что для образования весьма прочной связи достаточно совсем небольшого взаимодействия. Последнее объяснение лучше согласуется с тем влиянием реакции на (Прочность связи, которое наблюдается в системах других типов, например титан — бор. [c.85]

Наконец, на основании квазигетерогенной модели композита для статического нагружения разработай метод, позволяющий определить распространение трещины в зависимости от числа циклов усталостного нагружения N. Сделано предположение о том, что такие основные свойства слоистого композита, как модуль упругости, прочность и пластичность, изменяются с числом циклов N. Эта гипотеза далее использована для прогнозирования скорости развития повреждений. Некоторое внимание было уделено исследованию изменений направления роста трещины в зависимости от числа циклов N и критически оценено значение этого явления в связи с концепцией предварительного неразрушающего нагружения. [c.33]

Существует несколько подходов для описаиия процесса разрушения или роста трещины в композитных материалах. В их числе классическая механика разрушения, применяемая на микроуровне, классическая механика разрушения, применяемая к эффективному материалу на макроуровне, квази-гетерогенная модель композита, использованная авторами. [c.53]

Феноменологические аспекты квазигетеро-генной модели композита. [c.73]

В такой ситуации логично заняться поисками простого аналитического подхода, который учитывал бы все перечисленные аспекты, возможно с некоторыми допущениями, не затрагивающими, однако, специфических черт, присущих слоистым композитам. Таким требованиям вполне отвечает квазигетерогенная модель композита,, описанная выше. [c.86]

Теперь получена замкнутая система уравнений для макроскопических физических величин (т.е. построена макроскопическая модель композита), и основная задача заключается в отыскании вида оператора F j и определении его материальных функций. Макроскопические материальные функции могут быть найдены из испытаний образцов или вычислены при решении краевых задач структурнофеноменологических моделей композитов. Приближенно эти функции можно отыскать из решения задач для области V с граничными условиями частного вида (2.22) или (2.23). [c.35]

Рассматриваемая в данной главе стохастическая краевая задача теории упругости является основой статистической механики композитов со случайной структурой. Начало систематическому изучению этой задачи положено работой И.М. Лифшица и Л.Н. Розенцвейга [160] применительно к поликристаллам, в дальнейшем многочисленные результаты были обобщены в монографиях [62, 130, 162, 172, 247, 296, 320 и др.]. При единой практически для всех работ в этом направлении постановке задачи, связанной с представлением упругих модулей микронеоднородной среды как случайных статистически однородных функций координат и выбором граничных условий в виде, обеспечивающим однородность макроскопических деформаций, а также общности подхода к решению с использованием метода функции 1 ина уравнений теории упругости в перемещениях для неограниченной изотропной или анизотропной среды существуют различия в получаемых результатах для эффективных свойств композитов и, в большей мере, для оценки полей напряжений и деформаций в компонентах композитов. Это обусловлено статистической нелинейностью исследуемой задачи и построением приближенных решений, которые неодинаково адекватны физической модели композита, в частности, его структуре. [c.39]

Среди особенностей современных методов решения стохастических задач механики композитов как недостаток отмечалось отсутствие связи этих методов с известными, хорошо разработанными методами для детерминированных (в том числе периодических) неоднородных сред [29, 277]. В то же время для широкого класса структурных стохастических моделей композитов детерминированная периодическая структура может рассматриваться как реализация случайной структуры. Это справедливо, когда для случайной однородной индикаторной функции /с(г) корреляционная функция имеет облгюгь отрицательных значений. [c.68]

Безусловно, эта расчетная схема чрезмерно произвольна в отношении геометрических характеристик модели композита. При вы- < числении средних по фазам полей каждую фазу рассматривают как включение, даже если в действительности в композите она полность непрерывна. [c.96]

Е. Кернером [344] и К. Ван-дер-Полем [374] была предложена расчетная схема по методу самосогласования, известная из монографии [142] как трехфазная модель композита и отчасти свободная от недо t статков предыдущей расчетной схемы. Для двухфазного композита случайной структуры со сферическими или цилиндрическими включЦ ниями в матрице бесконечная область содержит единичное состав- ное сферическое или цилиндрическое включение, причем геометрии составного включения определяется объемным содержанием фаз. В случае однородных условий для напряжений (деформаций) на беско нечности такая модель композита эквивалентна однородной среде с эффективными свойствами при условии, что знергия деформировзг ния обеих систем одинакова при равенстве осредненных напряжений (деформаций). [c.96]

Во-вторых, к классу эмпирических моделей композита следует, очевидно, отнести все случаи моделирования на основе феноменологических зависимостей, связывающих изменение физико-механических характеристик композиционного материала с изменением тех или иных параметров его внутренней структуры, например относительного объемного содержания (концентрации) армирующих элементов (см., например, [54]), углов укладки арматуры [139] и других структурных параметров (см. [78, 140]). Важнейщее с позиций теории оптимального проектирования конструкций из композитов качество этих моделей заключается в появлении определенных возможностей управления свойствами конструкционного материала при достаточно высокой надежности получаемых результатов. Однако эффективность использования такого рода эмпирических моделей всецело определяется банком соответствующих экспериментальных данных, имеющимся в распоряжении проектировщика. [c.16]

Структурные модели композита. В класс структурных моделей зачислим такие. модели композиционных материалов, в которых физико-механические характеристики определяются в результате синтеза соответствующих характеристик выделяемых исследователем макрооднородных исходных структурных элементов (рис. 1.1). Структурная модель композита, как правило, строится на базе конечного числа типов исходных структурных элементов, отличающихся друг от друга по крайней мере по одному из количественных или качественных признаков, существенных для данной модели. При этом в рамках детерминированной структурной модели элементы одного типа считаются одинаковыми. [c.16]

Как уже указывалось, структурные элементы могут иметь различный порядок. Например, для слоистых композитов целесообразно ввести целый ряд последовательно усложняющихся структурных элементов — элементарный слой, элементарный пакет, регулярный пакет, макрооднородный пакет и т. д. [89, 90]. Каждый последующий элемент этого ряда представляет собой определенное пространственное сочетание предществующих ему по порядку структурных элементов. Поэтому выбор в качестве исходного структурного элемента данного порядка фиксирует в структурной модели композита пространственную структуру материала соответствующего уровня. [c.16]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...