Упругие межслойном сдвиге

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

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]

Наиболее отчетливо анизотропия стеклопластиков проявляется при сопоставлении упругих и прочностных свойств в направлении волокон (направление х) с сопротивлением межслойному сдвигу и растяжению-сжатию в направлении 2, перпендикулярном к плоскости армирования (табл. 13.19). [c.199]

Теория расчета тонких пластин основана на использовании гипотез Кирхгофа. При расчете пластин средней толщины часто возникает необходимость в учете деформаций поперечного или межслойного сдвига. Толстые пластины (плиты) рассчитывают по уравнениям трехмерной теории упругости. [c.120]

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]

Характерной особенностью ряда высокомодульных композитов является суш ественная анизотропия упругих свойств самих армирующих волокон. Например, для углепластиков в зависимости от исходного материала, параметров карбонизации, усилия вытяжки и последующей термической обработки отношение модулей вдоль ( д) и поперек (Е г) волокон может достигать 40—50. Наряду с хорошо изученными особенностями волокнистых композитов — плохим сопротив.пением межслойному сдвигу и поперечному отрыву — появляется новый фактор — существенная разница упругих свойств вдоль и поперек волокон. Сопоставление углепластиков со стеклопластиками и боропластиками (см. табл. 1) свидетельствует о том, что при практически одинаковой анизотропии прочности у первых намного выше анизотропия упругих свойств. Это порождает ряд принципиальных особенностей при анализе результатов испытаний для материалов на основе анизотропных волокон и оценке пх несущей способности, связанных с повышенной податливостью композита в поперечном направлении. [c.11]

Даже ири малых искривлениях / модуль упругости у реальных материалов может быть значительно ниже, чем у материала с идеально прямыми волокнами. Как видно из выражения (1.3.2), это является следствием плохого сопротивления композитов межслойному сдвигу. [c.47]

В зависимости от схемы приложения усилий к образцу методы экспериментального определения сопротивления материалов действию касате.чьных напряжений разделяются на три группы сдвиг в плоскости укладки арматуры, сдвиг по армирующим слоям (межслойный) и срез. Для серийных испытаний на сдвиг в плоскости укладки арматуры, как правило, рекомендуется перекашивание пластин с вырезами [98, с. 81 ] и кручение стержней с различной формой поперечного сечения [121 ] для определения упругих постоянных — методы перекашивания и кручения квадратных пластин. Характеристики межслойного сдвига рекомендуется определять, пз испытаний на изгиб коротких стержней [121]. Упругие характеристики могут быть определены и при кручении стержней прямоугольного поперечного сечения. Для изучения прочности нри межслойном сдвиге используются об разцы с надрезами. [c.121]

Упругие постоянные при межслойном сдвиге [c.148]

Длина образца выбирается в соответствии с условиями эксперимента и в зависимости от выбранного отношения l/h. При этом следует различать два предельных случая определение характеристик сдвига на относительно коротких образцах (с малым отношением llh) и определение модуля упругости Е на гибких образцах (с большим отношением l/h). При определении прочности межслойного сдвига относительный пролет l/h выбирается с таким расчетом, чтобы было обеспечено разрушение от касательных напряжений. Чаще всего в этом случае выбирается отношение l/h — 5, однако опыт показывает, что, например, высокопрочные углепластики разрушаются от сдвига даже при отношениях l/h = 10- -12. Точность опреде.ления модуля сдвига увеличивается с уменьшением отношения l/h, т. е. с ростом доли прогиба от сдвигов. Следует, однако, учесть, что при испытаниях но трехточечной схеме величину l/h с точки зрения применимости теории изгиба нельзя произвольно уменьшать (более подробно об этом говорится в разделе 5.3.4). С уменьшением отношения l/h при том же изгибающем моменте увеличивается перерезывающая сила и повышается опасность повреждения опорных поверхностей образца (обжатия, смятия, врезания). [c.175]

Рассматриваемый вид испытаний значительно менее распространен по сравнению с испытаниями целых колец. Объясняется это, по-видимому, более жесткими требованиями к технике эксперимента, связанными с повышенной точностью установки колец, трудностью нагружения и меньшим практическим значением разрезных колец как элемента конструкции. Однако возможности методов испытаний разрезных колец довольно велики. Эти методы дают возможность определить не только модуль упругости Е% и модуль сдвига Саг, но также прочность при отрыве в трансверсальном направлении Пг, определение которой другими методами практически затруднено, а также прочность при межслойном сдвиге Пе . [c.230]

При испытаниях сегментов кольца теоретически можно определить прочность межслойного сдвига Пе , прочность по окружным напряжениям Пе, сопротивление межслойному отрыву П и модуль упругости Eq. Однако ряд особенностей испытаний сегментов колец из армированных пластиков накладывает весьма жесткие ограничения на возможности этого метода. [c.233]

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 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]

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]

Формулы (69) и (70) совпадают с соотношениями (60) и (61). Следовательно, мы можем заключить, что в принятых предположениях приближенная теория (КТП) является точной. Напомним эти предположения (i) слои являются упругими моноклинными (или имеет место моноклинная неоднородность, такая, что ij= ij(l) и ei = ei l), (ii) напряжения не зависят от X я у, причем аз = О, а 04 и as постоянны. Примерами могут служить равномерный изгиб и/или кручение, равномерное мембранное растял<енне, чистый межслойный сдвиг, а также комбинация этих элементарных нагружений. [c.51]

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]

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]

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]

Очевидно, что теории представленного здесь типа необходимы для описания поведения элементов конструкций из слоистых композитов, используемых на практике. Многие результаты, полученные с помощью глобально-локальной модели, и их использование при анализе межслойного разрушения приведены Сони и Кимом [43—45]. В их работах рассматривается влияние межслойного сдвига и растяжения на расслоение в композите. Модель оказалась вполне пригодной для изучения влияния характеристик материала, геометрических параметров и укладки слоев на межслойные эффекты в слоистых ком- позитах со свободными кромками. В настоящее время для рассмотрения более общих проблем теории упругости слоистых композитов разработан новый алгоритм решения. В этом алгоритме соответствующие определяющие уравнения перегруппировываются к виду, характерному для задач на собственные значения, и промежуточные величины, появляющиеся в уравнениях (80)—(83), определяются достаточно эффективно. Новый подход [52] позволяет использовать до 40 — 50 различных локальных или глобальных областей в пределах слоистого композита. [c.80]

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]

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]

Рис. 1.3.9. Влияние степени вискеризации и пористости матрицы на сопротивление межслойному сдвигу [101] (1у — степень вискеризации, % Хп — содержание пор в матрице, % Е модуль упругости армирующих волокон М1 — углеродное волокно Модмор Т — волокно Тор-нел).

Упругие постоянные пластика со слоистой и волокнистой структурой при межслойном сдвиге определяются в основном работой полимерной прослойки, а прочность — силами сцепления на контактной поверхности матрица — арматура и действующими на этой поверхности касательными напряжениями. Поэтому при экспериментальном определении прочности межслойного сдвига важно знать действительное численное значение касательных напряжений, приводящих к разрушению образца. Максимальное значение касательных напряжений зависит от способа испытаний на межслойный сдвиг и схемы нагружения, от формы и размеров образцов, а также от всех отклонений от идеализированной структуры материала, вносидшх технологией изготовления армированных пластиков (нерегулярная укладка арматуры, искривление волокон, пустоты). Аналитическая оценка этих факторов практически невозможна, поэтому экспериментально определяемые характеристики межслойного сдвига являются условными и пригодны только для качественной оценки материала. [c.143]

Как видно из выражения (4.3.1), концентрация напряжений возрастает с увеличением расстояния а, с уменьшением целой части ослабленного сечения образца t и модуля упругости пластика Е. Концентрация напряжений также понижает замеренную прочность при межслойном сдвиге, так как разрушение образца происходит при более низком среднем значении касательных напряжений т. Влияние концентрации напряжений, т. е. расстояния между надрезами а, на замеренную прочность при межслойном сдвиге с учетом и без учета влияния изгиба показано на рис. 4.3.7. Из этого рисунка видно, что для достижения оптимальных результатов при определении прочности межслойного сдвига путем растяжения образца с надрезами образцы следует устанавливать в направляюш,их, препятствуюш,их изгибу, и расстояние а между надрезами выбирать не более 10 мм [188]. Последнему требованию отвечают образцы, рекомендуемые стандартом ASTM (рис. 4.3.8) у образцов, показанных на рис. 4.3.2, а, расстояние а выбрано слишком большим (а = 30 мм). Следует отметить, что изменение формы надрезов (один [c.146]

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

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...