Модуль межслойного

Задача определения модулей межслойного сдвига окончательно не решена до настоящего времени. Сложность ее решения обусловлена тем, что межслойные модули сдвига, как правило, определяются на стержнях, где трудно реализовать условия чистого сдвига. Обычно для этой цели используется изгиб коротких балок или кручение стержней с различным отношением параметров их поперечного сечения. Первый способ прост в реализации, но не позволяет получать достоверных сведений вследствие сложного напряженного состояния в образце при малом отношении //Л (см. с. 41). Приближенные зависимости, которые исполь- [c.45]

Трехточечная схема. Трехточечная схема нагружения на изгиб позволяет определить модуль упругости Е , модуль межслойного сдвига 0 , прочность по нормальным напряжениям П" и прочность межслойного сдвига Я" . [c.218]

Р 6с модуль межслойного сдвига 0,ЗР/ [c.227]

Изгиб колец. Метод изгиба целых колец сосредоточенными силами (табл. 7.8, схема 8—1) экспериментально хорошо проверен и при правильном выборе относительной толщины образца дает вполне достоверные результаты. Модуль межслойного сдвига 00 по измеренным в экспери- [c.227]

Для обеспечения надежности метода растяжения колец сосредоточенными силами при определении модуля межслойного сдвига относительная толщина образца Л/Л должна быть. выбрана с учетом степени анизотропии исследуемого материала и [c.230]

При изгибе стержней возможно определение модуля межслойного сдвига < и прочности Для определения модуля межслойного сдвига стержни с прямоугольным поперечным сечением испытываются на изгиб по трехточечной схеме и обработка результатов эксперимента проводится по формулам, учитывающим влияние поперечных сдвигов. Метод дает удовлетворительные результаты, но требует хорошо продуманной методики эксперимента. [c.132]

Наиболее распространенным способом измерения модуля межслойного сдвига является изгиб коротких образцов с последую-ш ей обработкой результатов по формулам, учитываюш,им влияние сдвигов (см. гл. 5). Однако для этой цели могут быть использованы и образцы типа, показанного на рис. 4.3.2, б. Получаемую при этом характеристику принято называть условным модулем сдвига См из-за целого ряда допущений, к которым приходится прибегать при обработке результатов эксперимента. Делаются следующие допущения [80, с. 117] межслойный сдвиг происходит вследствие перекашивания слоя связующего, заключенного между двумя слоями [c.148]

Условный модуль межслойного сдвига с учетом принятых допущений определяется из зависимости [c.149]

Упругие параметры трансверсально-изотропной среды описьшаются пятью модулями упругости Сц, С12, 13, Сзз, С44, либо техническими модулями Е1, Ез, 01, Оз, Ох, 03. Ось 3 направлена перпендикулярно к плоскости изотропии, поэтому Е 1,01,01 — модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона в плоскости изотропии Е3, О3, 03 — те же величины в поперечной плоскости, причем о = Е / (201) — 1. Для слоистых материалов О3 иногда называют модулем межслойного сдвига. Указанные модули связаны между собой соотношениями [31 ] [c.269]

Для армированных материалов типа стеклопластиков, углепластиков и боропластиков важно определить по отдельности модули jii и Ц2 — сдвига в плоскости пластины и межслойного сдвига. Это можно сделать, испытав на кручение два плоских образца е различными отношениями 6/а. [c.309]

Рис. 1.3. Зависимость модулей упругости (/) и межслойного сдвига (2) композиционных материалов, образованных системой двух нитей, от угла искривления волокон основы

Для ортотропных материалов с известными направлениями главных осей упругой симметрии модуль сдвига можно вычислять по значениям 45 и V45. Этот метод обычно используют для определения модуля сдвига в плоскости укладки арматуры. Применение его для оценки значений межслойных модулей сдвига ограничено вследствие необходимости изготовления плит большой толщины, из которых получают образцы. [c.45]

Итак, в данной главе излагается способ определения эффективных модулей слоистого тела, каждый слой которого является анизотропным и не обладает никаким частным видом упругой симметрии, т. е. характеризуется 21 упругим коэффициентом. Исследование ограничивается случаем, когда результирующие сила и момент, действующие на слоистое тело, а также поверхностные силы постоянны. Это означает, что межслойные напряжения также постоянны. (Наиболее общий случай, когда последнее условие не выполняется, изучается в настоящее время.) Далее рассматривается определение эффективных коэффициентов теплового расширения. [c.39]

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]

Для оценки возможности преждевременного расслоения слоистого композита при определенном уровне нагрузки целесообразно сравнить действующее активное напряжение г,, с межслойным напряжением oJ . Использование кривых, подобных приведенным на рис. 5.7, для этого случая не всегда удобно, так как для определения по заданной деформации требуется расчет модуля Юнга композита. при каждом значении угла в. Качественное изменение хода кривых max/g. из-за инверсии слоев наблюдается у гибридного композита, состоящего из трех пакетов слоев (рис. 5.8). На рис. 5.9 представлены корреляционно-регрессионные зависимости прочности рассматриваемых гибридных композитов при растяжении, построенные на основании экспериментальных значений. Для выявления значимости влияния инверсии слоев перед построением корреляционно-регрессионных [c.318]

Складывая Д и Д, находим, что первая, основная часть прогиба увеличивается пропорционально кубу длины, тогда как / . зависит от длины в первой степени. Отсюда следует, что, испытывая на изгиб балки разной длины, можно выделить величину Д и, следовательно, найти модуль межслойного сдвига ц. Фактически для стеклопластиков получить таким способом надежные результаты не удалось, мелкие экспериментальные ошибки неизбежным образом накладываются и вносят большую погрешность. Пока что, как нам представляется, единственный надежный способ определения ц состоит в испытании на кручение двух стержней прямоугольного сечения с разными отношениями сторон. Способ обработки, описанный в 9.12, позволяет определить по отдельности модуль сдвига в плоскости листа и модуль межслойного сдвига. Так, для однонаправленного углепластика было найдено, что модуль межслойного сдвига равняется 230 кгс/мм тогда как модуль сдвига в плоскости слоя 570 кгс/мм [c.707]

Характеристики слоя с прямолинейным расположением волокон, входящие в зависимости табл. 4.1, определяли на однонаправленных и ортогонально-армированных стеклопластиках с укладкой волокон 1 3 н 1 5. Установлено хорошее совпадение расчетных, вычисленных по приведенным формулам, и экспериментально измеренных значений упругих констант. При этом оказалось, что модуль межслойного сдвига для слоистых стеклопластиков больше по величине, чем модуль сдвига в плоскости укладки арматуры Оху- Для материала с укладкой волокон I 3 Охг 4250 МПа, Ох у = 3100 МПа, а для материалов с укладкой 1 5 — 4150 МПа, [c.104]

Модуль упругости и прочность композиционных материалов в направлении волокон практически не изменяются при использовании вискери-зованной арматуры вместо обычной. Для материалов, изготовленных методом прессования, препрегов, способ вискернзации волокон не оказывает заметного влияния на значения модулей межслойного сдвига. Этот вывод подтверждается сопоставлением экспериментальных значений межслойного модуля сдвига углепластиков, полученных на основе вискеризован-ных волокон из газовой фазы и из аэрозоля (см. 1 абл. 7.2). [c.208]

Изменение содержания нитевидных кристаллов в материале приводт к линейному изменению модуля межслойного сдвига во всем исследованном диапазоне значений Ркр- Проч ность при межслойном сдвиге возрастает с увеличением объемного содержания нитевидных кристаллов до 5 %, дальнейшее увеличение р1кр (см. рис. 7.8, а) практически не влияет на изменение значений Rx2 Прочность при изгибе в направлении волокон малочувствительна к изменению объемного содержания кристаллов до 5 %, а при Ркр > 5 % происходит некоторое снижение прочности. Модуль упругости в направлении основных волокон во всем исследованном диапазоне изменения Р(5р практически не меняется (см. рис. 7.8, б). Это естественно, так как 7 " и для композитов, армированных вискеризованными волокнами, определяются в основном содержанием и свойствами самих волокон. [c.213]

Для однонаправленного стеклопластика (см. рис. 2.30) отношение 0 меньше, чем для ортогонально армированных (см. рис. 2.30, 2.42), т. е. анизотропия модуля сдвига для первого выражения слабее. Анизотропия модулей межслойного сдвига = 0 , ) для всех [c.119]

Большинство слоистых и волокнистых композитов слабо сопротивляются межслойному сдвигу и поперечному отрыву. Сопротивление сдвигу характеризуется отношениями Е Шхг и Пх/Пхх, сопротивление поперечному отрыву и сжатию перпендикулярно волокнам — отношениями Ех1Ех, пущ, пуп-. Здесь Е п Е — модули упругости в направлениях х и г Охг — модуль межслойного сдвига Пх и Пг — прочность В направлениях [c.189]

Для экспериментального определения улругих постоянных при изгибе Я и 0 2 йспользуются уточненные, учитывающие злияние сдвига формулы для прогиба стержня в середине пролета I. Модуль упругости йри изгибе можно определить совместно с модулем межслойного сдвига или без учета влияния сдвига. [c.222]

Пятиточечяая схема. Такая схема (см. табл. 7.7, схема 7—4) нагружения — это совокупность трех- и четырехточечной схем нагружения с их достоинствами и недостатками. При нагружении по пятиточечной схеме напряженное состояние образца переменное по всей длине, что должно быть учтено при выборе его размеров. В отличие от двух предыдущих схем нагружения пятиточечная схема позволяет определить также модуль межслойного сдвига 0 , притом двумя разными способами. Для определения прочностей Я и Я пятиточечная схема нагружения не применяется. Недостаток пятиточечной схемы — две независимые системы нагружения. [c.227]

Выбор матрицы Повышение модуля упругости Снижение нелинейности Повытпенне прочности при растяжении и адгезионной прочности Повышение модуля межслойного сдвига Повышение прочности при межслойном сдвиге [c.485]

При испытаниях на изгиб можно определить модуль упругост 5, модуль межслойного сдвига прочность по нормальныл [c.168]

Намотанные кольца из материалов со слоистой или волокнистой структурой обладают отчетливо выраженной анизотропией модуль Юнга в окружном направлении 9 (определяется жесткой арматурой) значительно выше, чем в радиальном Е , и выше модуля межслойного сдвига Сэг. Причем степень анизотропии растет для материалов, армированных высокомодульными волокнами (см. гл. 1). Прочность при растяжении в направлении арматуры Щ значительно превышает сопротивление поперечному отрыву П и сжатию П7 перпендикулярно волокнам, а также прочность при сдвиге Пе . Такая существенная анизотропия механических свойств ограничивает область применения широко известных зависимостей сопротивления материалов для обработки результатов испытаний, полученных в предположении бесконечной трансверсальной и сдвиговой жесткости материала, т. е. при Сег = оо и , = Именно поэтому в дальнейшем везде указаны геометрические границы, начиная с которых для разных классов материала необходим учет толстостенности. Для высокомодульных материалов особое значение приобретает знак радиальных напряжений о/, необходимо устранят . [c.207]

Наибольшее число методов создано для определения модуля сдвига в плоскости укладки арматуры, значительно меньше методов — для изучения межслойного сдвига. Наиболее хорошо отработан метод определения на плоских образцах модуля сдвига в плоскости пластины Оху Определять О у можно различными способами из опытов на растяжение или сжатие полосок, при испытании пластин в шарнирном че-тырехзвеннике, нагружении квадратных пластинок на чистое кручение. Самым простым и надежным способом является испытание на кручение квадратных пластинок. Этот способ позво- [c.42]

К косвенным методам определения адгезионной прочности на поверхности раздела относятся испытания материала на прочность при межслойном сдвиге и растяжении в поперечном направлении. Данные о прочности композитов при межслойном сдвиге-приведены в работах [ЙО, 27]. Установлено, что микроструктура волокна с учетом его модуля упругости и метода обработки поверхности влияет на межслойную сдвиговую прочность материалЭ и, следовательно, на адгезионную прочность. Зависимость прочности композита при межслойном сдвиге от модуля упругости необработанного волокна изучена Гоаном и Прозеном 27]. [c.57]

При осевом нагружении были обнаружены превосходные усталостные характеристики как однонаправленных, так и ортогонально армированных углепластиков с высокомодульными волокнами типа I. Удельная усталостная прочность углепластиков вместе с удельным модулем дают большие возможности для уменьшения веса изделия притих разумном применении. Хотя пока опубликовано немного данных, по-видимому, можно сказать, что композиты с волокнами типа II более подвержены влиянию усталости, но обладают все же очень хорошими усталостными свойствами. Отсутствуют опубликованные результаты для композитов с волокнами типа III. Обнаружено, что прочность на сжатие намного ниже, чем прочность на растяжение, и поэтому изгибная усталостная прочность определяется прочностью на сжатие. Было установлено, что влияние усталости значительно более заметно в условиях сдвигового нагружения как при межслойном сдвиге, так и при кручении. Не сообщено об усталостных испытаниях при сдвиге в плоскости листа, однако большинство [c.391]

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]

Волокнистые композиции отличаются анизотропией свойств и обладают очень высокой прочностью и жесткостью в одном или нескольких направлениях. Для однонаправленных волокнистых композиций по их составу и свойствам компонентов могут быть рассчитаны значения всех пяти или шести независимых модулей упругости с достаточной степенью точности по сравнительно простым уравнениям. Модули упругости слоистых волокнистых композиций или композиций с хаотически распределенными волокнами могут быть также легко рассчитаны. Что же касается прочности, то она может быть предсказана очень приблизительно. Некоторые показатели прочности, в частности, продольная прочность при растяжении, определяются главным образом прочностью волокон, тогда как трансверсальная прочность при растяжении или межслойная сдвиговая прочность — свойствами матрицы. Прочность при растяжении и ударная прочность сильно зависят от длины волокон и прочности адгезионной связи волокно—матрица. Для обеспечения высокой прочности при растяжении длина волокон должна возрастать при снижении прочности адгезионной связи. Наоборот, ударная прочность обычно возрастает при уменьшении прочности связи волокно—матрица и сокращении длины волокон до определенного предела. [c.289]

Композиционным материалам с однонаправленным и перекрестным расположением волокон, когда необходимая толщина изделия создается последовательной укладкой армирующих слоев,. присущи низкая сдвиговая и низкая трансверсальная прочность. Модуль упругости и предел прочности при межслойном сдвиге и поперечном растяжении— сжатии в таких композициях более чем на порядок отличаются от модуля Юнга и прочности в направлении армирования. В ряде случаев эта особенность может препятствовать реализации высоких прочности и жесткости композиций в конструкциях. Повышение прочности сцепления матриц с волокнами путем их поверхностной обработки способствует увеличению прочности материала при сдвиге и сжатии, но не является эффективным средством повышения упругих характеристик при этих видах нагружения. Существенное возрастание жесткости и прочности при межслойном сдвиге, а также сопротивления материала поперечному отрыву достигается созданием в нем поперечных связей. Материалы с пространственно сшитой арматурой (многослойные ткани), используют при создании стеклопластиков и органоволокнитов. Основной недостаток их — значительное искривление волокон основы, что приводит к резкому снижению характеристик механических свойств композиций в этом направлении. Для высокомодульных углеродных и борных волокон наиболее приемлема схема трехмерного армирования изотропных текстильных материалов ИТМ, при которой волокна сохраняют прямолинейность. В этом случае в разных направлениях могут быть уложены различные волокна, благодаря чему образуется многокомпонентный материал. [c.591]

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. 5.7. Влияние угла армирования ( в) сбалансированных слоев из углепластика и их положения в гибридном трехсемейсТвенном композите на межслойное нормальное напряжение и эффективный модуль упругости. I — [ в/ 45°/90°] 2 — [ 45°/ е/90°] 5 - [ 45°/90V 4 - (90°/ 45°/ 5 — [90°/ в/ 45°] б— эффективный модуль упругости для всех схем армирования. Константы монослоев представлены в табл. 5.2. Точками отмечены межслойиые нормальные напряжения в образцах, результаты испытания которых приведены в табл. 5.3.

V90°] [90°/ 30°] [ 30°/к/-30°/90°1 [ 30°/к/90°], и [ 30°/90°/к] , где к — изотропная клеевая прослойка. В модельных плитах угол в = 30° выбран в области наибольших расчетных значений (рис. 5.14, кривая /). Из модельных плит изготавливались образцы для испытаний на одноосное квазистатическое растяжение. Результаты испытаний приведены в табл. 5.4. Они показывают, что введение изотропной клеевой прослойки в срединную плоскость позволило полностью исключить расслоение, начинающееся на свободной кромке, и повысить прочность образцов на 27% (табл. 5.4, образцы 1 и 5). Инверсия слоев (образец 2) также полностью исключает расслоение и повышает прочность в данном случае на 23%, однако недостатки инверсионного метода уже обсуждались ранее. Следует отметить, что если для исходной плиты (образец 1) и плиты, армирование которой проведено зеркальным отображением укладки слоев плиты 1 относительно лицевой поверхности, эффективные модули упругости практически совпадают = 42,5 ГПа и = 42,8 ГПа), то эффективный модуль плиты 5 меньше на 14% и равен +(5) = 36,85 ГПа. Уменьшение модуля упругости плиты 5 связано с увеличением ее толщины из-за введения изотропного слоя. Образцы исходной плиты начинали расслаиваться на свободной кромке в срединной плоскости при осевой деформации, составляющей 67—84% осевой деформаций разрушения. При дальнейшем увеличении нагрузки расслоение быстро продвигалось к центру образца. Разрушение плиты 1, как, впрочем, и плит 3 и 4, характеризовалось сильным расслоением в срединной плоскости. Введение изотропных клеевых прослоек в межслойные плоскости, не являющиеся срединной (плиты 3 и 4), желаемого результата не дало. Образцы разрушались с сильным расслоением, которое начиналось при более высоких осевых деформациях (табл. 5.4). Следует отметить и характерное для этих плит некоторое увеличение деформации разрушения (eij = 0,784...0,823). [c.327]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...