Волокна разорванные

Прочность борного волокна в поперечном направлении, по-видимому, невелика. Об этом можно судить потому, что на микрофотографиях шлифов разорванных композитов обнаруживаются продольные трещины. [c.688]

Композиционные материалы обычно классифицируются по форме включений. Самыми распространенными среди них являются отдельные макрочастицы (гранулы), короткие (или разорванные) волокна, непрерывные длинные волокна (нити), а также слои. [c.63]

Пример возможной идеализации граничных условий был дан в работе Оуэна с соавторами [27], представляющей собой развитие их более ранних результатов. В этой работе материал считался упруго-идеально-пластическим рассмотренная область, состоящая из разорванного волокна, соединенного матрицей с соседними сплошными волокнами, подвергалась воздействию осевой нагрузки (см. рис. 4). [c.213]

Рис. 4. Разорванное волокно, окруженное непрерывными волокнами а — общий вид, б — исследуемая локальная область.

Отмечено, что вычисленная прочность увеличивается с увеличением расстояния между частицами хрупкой фазы. Как упомянуто ранее, полностью связанный агрегат разрушается при разрушении наиболее слабого объемного элемента. В случае пучка волокон перед его разрывом должно разрушиться некоторое количество волокон. Колеман показал, что прочность пучка волокон меньше средней прочности волокон, но имеет тот же самый порядок. Отмечено, что отдельное волокно в пучке может разорваться только один раз и что разорванное моноволокно не несет никакой нагрузки по всей его длине. В случае заключенных в матрицу частиц или волокон композитное тело разрушается путем статистического накопления разрушений элементов. Причем условие разрушения представляет собой критическое число разрушенных элементов в одном поперечном слое. В случае заключенных в матрицу волокон отдельное волокно может разрушиться больше одного раза, так как напряжение перераспределяется по его неразрушенной части при помош и матрицы. Фактически прочность моделей увеличивается в некоторой зависимости от количества элементов объема, разрыв которых происходит перед разрушением тела. [c.101]

Такой способ определения свойств матрицы по испытанию материала матрицы как целого и использование полученных результатов для предсказания поведения материала в композите имеет недостатки. Один из них состоит в том, что невозможно воспроизвести в целом опытном образце то же самое поле напряжений, которое существует и в композите, например вблизи концов разорванного волокна. Другой недостаток состоит в том, что неизвестно влияние связи или границы раздела между волокнами и матрицей, которая может изменить кажущиеся свойства матрицы. Эти недостатки возникают не только при исследовании [c.281]

Если волокно разрывается внутри композита, от края волокна я осевом направлении напряжение не передается. Между двумя разорванными концами передают нагрузку сдвиговые напряжения по поверхности раздела волокно — матрица. Модель, использованная для определения распределения напряжений около разорванных концов, приведена на рис. 16, при этом делаются следующие предположения растягивающие напряжения в матрице пренебрежимо малы по сравнению с таковыми в волокне, а сдвиговые деформации в волокне пренебрежимо малы по сравнению с таковыми в матрице. Эти предположения пригодны для композитов, в которых волокна гораздо жестче материала матрицы. Разорванное волокно окружено концентрическим круговым цилиндром из материала матрицы, который в свою очередь вставлен в однородную среду, обладающую эффективными свойствами композита. Отношение (гу/г ) выбирается таким, чтобы оно имело то же значение, что и объемная доля волокон в композите. Такой анализ дает [c.286]

Если и матрица, и волокно упруги, неэффективная длина б есть константа, зависящая от геометрии и свойств материала. Если материал матрицы вязкоупругий, сдвиговое напряжение вдоль границы раздела волокно — матрица релаксирует во времени, вызывая понижение осевого напряжения в волокне около разорванного конца (рис. 18). Имея в виду определение неэффективной длины б, видим, что б — возрастающая функция времени, причем скорость роста б зависит от свойств матрицы. Модель разрушения строится с учетом того, что рост неэффективных длин происходит как рост числа элементов материала, которые считаются разрушенными. Такой подход приводит к статистическому определению времени до разрушения при данной нагрузке. [c.289]

Распределение напряжений в разорванном волокне в момент разрыва ( = 0) показано схематически сплошной линией (рис. 19). Пунктирной линией показано уменьшение во времени напряжений в соответствии с уравнением (13). Влияние этого уменьшения состоит в том, что все большие участки разорванных волокон становятся неэффективными, а нe только непосредственно примыкающие к разрыву. Если уменьшение напряжения в волокне мало, указанный эффект ограничен непосредственной близостью слоя, в котором было разорвано волокно. Свойства материала матрицы могут, однако, вызвать сильное уменьшение напряжения в волокне, это приводит к тому, что разрыв ощущается в пределах нескольких слоев. Эффект, заключающийся в том, что все более длинные части разрушенных волокон становятся неэффективными, назовем прониканием . [c.291]

До сих пор мы рассматривали длительную прочность и ползучесть композитов, армированных непрерывными волокнами. Однако не все высокопрочные волокна поставляются в виде непрерывных нитей, и если их все же нужно использовать, то в разорванном виде. Кроме того, непрерывные волокна могут быть разорваны или в процессе изготовления композитов, или при нагружении из-за различий в значениях прочности. Места соединений и отверстия нарушают непрерывность волокон в композите, приводя также к появлению разрывных волокон. В случае композитов, армированных разрывными волокнами, прочность последних реализуется посредством передачи нагрузки от одного волокна к другому сдвигом матрицы, при условии что волокна достаточно длинны. Вопрос о том, какой длины должны быть волокна, чтобы их прочность реализовалась под нагрузкой, был предметом исследований работы [27]. [c.309]

Главные результаты отмеченных ранних исследований состоят вкратце в следующем (1) армирование волокнами может значительно повысить прочность металлов при усталостном нагружении, (2) свойства поверхностей раздела, а также свойства обоих компонентов влияют на усталостную прочность композита, (3) трещины усталости могут зарождаться внутри композита у разорванных волокон или около концов волокон, (4) волокнистые композиты относительно нечувствительны к поверхностным дефектам и (5) волокна могут мешать росту усталостных трещин или останавливать его. [c.398]

Рентгеновские исследования показали, что образцы для усталостных испытаний из бороалюминия, изготовленные электроискровым способом, всегда содержали разорванные волокна на обработанных поверхностях [23]. Кроме того, наблюдалось, что усталостные трещины возникают в матрице около разорван- [c.406]

На усталостную прочность армированных волокнами металлов влияют как прочность сцепления на границе раздела, так и микроструктура поверхности раздела. Те усталостные трещины, которые растут параллельно поверхностям раздела, должны распространяться в матрице или по поверхности раздела (упругие расчеты показывают, что мы можем исключить возможность роста трещины в волокне, и действительно такого роста не наблюдалось), поэтому важно только знать, будет ли прочность сцепления больше или меньше прочности матрицы (на растяжение или сдвиг). В первом случае трещины продольного и поперечного сдвига растут из разорванного волокна в металлическую матрицу, а в последнем случае происходит разрушение поверхности раздела (расщепление отрывом), по мере того как трещина приближается к волокнам. Необходимо лишь знать относительные величины прочности сцепления на границе раздела и прочности матрицы, а это можно без затруднений определить металлографическими, рентгенографическими или фрактографическими методами, наблюдая места расположения усталостных трещин сдвига. [c.423]

Розен [73] применил отмеченные статистические результаты к композиционным материалам. При этом в качестве длины звена цепи принималось расстояние, на котором напряжение по обе стороны от разорванного волокна выравнивается почти полностью. Эта длина тесно связана с длиной передачи на волокно нагрузки и аналогичным образом зависит от прочности волокон и свойств поверхности раздела. Предполагалось, что, хотя в звене, содержащем разорванное волокно, последнее не дает вклада в прочность звена, в других местах несущая способность волокна остается неизменной. Статистическая информация о распределении дефектов была получена из измерений прочности испытанных моноволокон в зависимости от их длины таким образом, рассчитывались свойства звеньев (пучков), а затем и свойства всего композита. [c.454]

В настоящем изложении следует, однако, отметить, что не все формы дефектов с необходимостью вызывают уменьшение прочности композита. Если критическая длина трещины соответствует нескольким расстояниям между волокнами, группа в несколько разорванных волокон будет неспособна вызвать разрушение при значительно сниженном уровне напряжений. Как будет видно ниже, можно рассчитать теоретические коэффициенты концентрации напряжений, связанные с конкретным расположением разорванных волокон, и можно предположить, что данная концентрация напряжений будет в известной степени снижать прочность композита. Но это произойдет лишь в случае, если не существует возможности локального течения, расслаивания или для других форм релаксации напряжений вблизи дефекта. Если [c.458]

Очевидное следствие из указанных выводов состоит в том, что маловероятно, чтобы разорванные волокна или их концы сами по себе играли в разрушении основную роль, так как они способны только вызвать концентрацию напряжений на несколько процентов даже в непосредственно соседних волокнах. Однако, с другой стороны, матрица вблизи разрывов подвергается сильному воздействию, и от возникающих напряжений либо должна разрушиться поверхность раздела, либо матрица должна перейти в пластическое состояние или растрескаться. Локальное разрушение поверхности раздела обычно не оказывает серьезного влияния, если не учитывать пропорционального снижения жесткости композита. [c.462]

Вязкость разрушения, или сопротивление материала распространению трещины, может быть определена также при помощи понятия критических скоростей высвобождения энергии при продвижении трещины ди, связанных с Ki - Многочисленные авторы (см., например, [18—23]) исследовали распространение разрушения, изучая механизмы рассеяния энергии, например выдергивание волокна, нарушение связи волокно — матрица, релаксация напряжения, разветвление трещины и пластическое деформирование матрицы. Механизмы рассеяния энергии, знание которых позволяет определить вязкость разрушения, сложны по своей природе и зависят от прочности связи волокно — матрица, типа матрицы (хрупкая или пластичная), диаметра волокна, прочности волокна и т. д. Поэтому только тщательное исследование поверхностей, образовавшихся в результате разрушения, дает основание для установления соответствия экспериментально определенных значений Gu тому или иному механизму. Так, например, было сделано предположение о том, что вязкость разрушения стекло- и боропластиков связана главным образом с величиной упругой энергии, накопленной в волокнах, а соответствующая характеристика углепластиков на эпоксидном связующем — с работой докритического распространения микротрещины и работой выдергивания разорванных волокон. [c.53]

При оптимальных режимах изготовления композиционного материала реализуется, как правило, и оптимальная степень физико-химического взаимодействия компонентов механизм разрушения полученной композиции определяется в основном прочностью самих армирующих волокон, причем вследствие возросшей прочности связи матрицы с волокнами разрыв отдельных волокон не сопровождается отслоением их от матрицы, так что разорванные волокна продолжают нести нагрузку (за исключением участков вблизи обрыва, длина которых меньше критической), т. е. осуществляется локализация разрывов волокон. [c.11]

Формула (4.76) получена из рассмотрения условий передачи усилий с разорванного волокна через матрицу на окружающую часть композита. Назовем передаточной длиной. [c.150]

При достаточно больших напряжениях матрица в окрестности разрыва ведет себя неупруго. Характерная длина передачи усилия с разорванного волокна [c.150]

Из формул (4.79) и (4.80) следует, что с увеличением числа разорванных волокон размер трещины в направлении армирования увеличивается, что приводит к увеличению числа соседних структурных элементов. Поэтому необходимо учитывать масштабный эффект прочности волокон. Пусть г —параметр прочности волокна (предел прочности при кратковременном нагружении или предел выносливости при циклическом нагружении). Считаем, что г —случайная величина с функцией распределения, зависящей от к. Примем для г распределение Вейбулла [c.152]

При переменных напряжениях, когда нарушается условие а < Оу, все же целесообразно считать общее число структурных элементов постоянным и имеющим порядок N У Ут, где Кг 2яг %е- За первую меру микроповреждений 1 >1 примем отношение числа разорванных структурных элементов к числу N. Для учета повреждений границы матрица—волокно введем вторую меру t [c.172]

До сих пор большая часть исследований композиционных материалов относилась к волокнистым композитам, среди которых различаются два главных типа композиты с непрерывными волокнами и композиты с короткими (разорванными) волокнами. В свою очередь, в первом из указанных типов длинные волокна могут быть либо расположены строго параллельно друг другу, либо сплетены в ткань, пропитанную полимерным связующим. Поскольку в процессе сплетения возможны повреждения волокон и композит получается более низкого качества, здесь основное внимание будет уделено однонаправленным волокнистым композитам. [c.63]

В большинстве случаев практического применения волокнистых композитов объемная доля волокон велика, и они воспринимают большую часть нагрузки. Функция матрицы состоит в том, чтобы удерживать волокна вместе и передавать нагрузку от разрушенных волокон на окружающие при помощи сдвиговых напряжений вблизи мест разрывов. Это действительно так, если большинство волокон непрерывные и нагрузка прикладывается в направлении их укладки. Если они разрывны или нагрузка прикладывается не в направлении волокон (в однонаправленном композите или армированном под углом), то материал матрицы в значительной степени участвует в восприятии приложенной нагрузки. Большая часть настоящей главы посвящена однонаправленным волокнистым композитам, нагруженным в направлении волокон, поэтому роль материала матрицы здесь ограничивается перераспределением нагрузок около концов разорванных волокон (или около мест разрывов при армировании короткими волокнами). [c.279]

В предыдущих исследованиях, о которых здесь упоминалось, материал матрицы предполагался упругим. Однако во многих практически важных случаях связующим является полимер с вязкоупругими свойствами, которые могут быть описаны соотношениями линейной теории вязкоупругости. Наличие разрывов в волокнах (вследствие их неравнопрочности) приводит к возникновению локальных сдвиговых напряжений в матрице, которые, как можно предположить, релаксируют. В результате все более длинные части волокон около разорванных концов не могут нести нагрузку. Такая последовательность разрывов, следующих один за другим, наводит на мысль о существовании временной зависимости процесса разрушения волокнистых композитов даже для однонаправленных, нагруженных в направленииТволокна. Дадим здесь краткий обзор модели Розена [56], на которой основывается и наша, с тем чтобы применить ее к анализу вязкоупругой матрицы. [c.286]

В настоящем исследовании был использован приближенный метод обратного преобразования Лапласа ( прямой метод ), данный Шейпери [58, 59] он приводит к следующему выражению для осевой силы в разорванном волокне [c.290]

В тканных слоистых пластиках первое проявление повреждения при статическом или усталостном растяжении имеет форму разрушения поверхности раздела в прядях утка (в поперечных волокнах). Это вызовет в дальнейшем растрескивание смолы в зонах с ее большим содержанием. На более поздней стадии процесса нагружения возникают значительные повреждения в местах пересечения нитей. Это явление, вероятно, вызвано несколькими причинами, в том числе стремлением изогнутых участков волокон распрямиться, а также сдвиговыми усилиями, возникающими вследствие некоторой неортогональности ткани. После того как в областях пересечения появятся разорванные волокна, происходит разделение образца (рис. 7). [c.343]

Большое значение поверхностей раздела для усталостного разрушения стало очевидным еще в исследованиях [6, 4, 20, 39, 19]. С одной стороны, волокна отклоняли трещины и тормозили их рост, а с другой — усталостные трещины могли зарождаться внутри композита около разорванных волокон и у концов волокон. Бэйкер [3, 5] показал, что для композитов алюминия с нержавеющей сталью усталостная прочность при знакопеременном изгибе имеет максимум при некоторой средней температуре соединения (- 510 °С) и уменьшается у образцов, полученных при более высоких или низких температурах. Изменение усталостной прочности приписывалось тому, что затрудняется распространение трещин вдоль поверхностей раздела волокон и матрицы, где имеются различные количества продуктов реакции (интерметал-лидные соединения). Это в свою очередь связывали скорее с улучшением механической связи между волокнами и матрицей, чем с увеличением прочности сварки. [c.397]

Де Сильва и Чэдвик [17] заметили, что разорванные волокна ГеаВ в однонаправленно закристаллизованном сплаве Ре — РедВ относительно безопасны, поскольку их размеры малы (2-10 см ), и получающаяся в результате разрыва концентрация напряжений незначительна. [c.409]

Современное понимание зарождения усталостных трещин в армированных волокнами металлах можно резюмирова1ь следующим образом. Зарождение усталостных трещин в композитах отличается от зарождения усталостных трещин в металлах только тем, что, кроме свободных поверхностей, играющих роль мест зарождения трещин, новым источником усталостных трещин в композитах служат разорванные волокна. Эта проблема, естественно, является более острой для случая хрупких волокон, наличия хрупких покрытий на волокнах или хрупких продуктов реакций на поверхностях раздела. Важно, что зарождение трещин происходит во внутренних точках и не без труда поддается наблюдениям или контролю методами неразрушающих испытаний. Будут ли усталостные трещины зарождаться на самом деле у разорванных волокон или нет, зависит от величины соответствующего коэффициента интенсивности напряжений, который пропорционален диаметру волокна (длине начальной трещины) и амплитуде напряжений. Последующий рост трещин определяется упругими свойствами, пределом текучести и характеристиками механического упрочнения компонентов, а также прочностью границы раздела волокна и матрицы и ее микроструктурой. [c.410]

Рис. 9. Вероятности Р возникновения данного числа (г = 1, 2, 3, 4) близко расположенных разорванных волокон в бороалюминиевом композите с Vf = = 0,35 в зависимости от приложенного номинального напряжения на волокна Вертикальные линии ограничивают область (7) экспериментально наблюдаемых разрушающих напряжений для образцов [89].

Эта теория в дальнейшем была модифицирована с целью последовательного включения более глубоких микромеханических представлений [75, 86—89]. Задача состояла в расчете вероятности разрыва одного волокна, затем в вычислении вероятности разрыва второго волокна в непосредственной окрестности первого разрыва вследствие концентрации напряжений, вызванной первым разрушением. Ранее Хеджепес [39] рассчитал значения коэффициентов концентрации напряжений, связанной с одним или несколькими разорванными волокнами, и эти значения использовал для определения вероятности нахождения инициаторов разрушения, содержащих любое заранее заданное число разорванных волокон [c.454]

Простейший аналитический подход при расчете распределения напряжений, вызванного разорванными волокнами, состоит в учете передачи сдвиговых усилий, когда предполагается, что волокна несут только растягивающую нагрузку, а матрица сопротивляется только сдвигу. Хеджепес [39] рассчитал коэффициенты концентрации напряжений Ку около одного и более разорванных слоев в слоистом композите. Он получил следующую общую формулу [c.460]

Для слоистого композита со схемой армирования [0790°], растягиваемого в направлении армирования, картина несколько иная. Величина сдвиговой жесткости, которая определяет перераспределение касательных напряжений от ядра разорванных волокон к неповрежденным смежным волокнам, не зависит от процентного соотношения количества слоев О и 90°. Предполагается, что при достижении сдвиговыми деформациями у предельных значений uit разрушение от сдвига происходит вблизи вершины трещины одновременно в слоях с ориентацией О и 90°. Это не приводит, однако, к росту трещины в направлении нагружения, как при растяжении однонаправленного композита. Дело в том, что разрушение от сдвига в рассматриваемом случае не обязательно влечет за собой разрушение волокон. Следовательно, волокна слоев 90° еще остаются неповрежденными, хотя сдвиговая жесткость материала в области разрушения уже потеряна. [c.66]

Зная число волокон в 1 мг и массу каждого разорванного штапелька, перемножают эти величины и получают числа волокон в каждом штапельке. Затем делят полученное значение прочности на число волокон в нем и получают значение прочности на одно волокно. [c.446]

Помимо указанных пластических масс, необходимо отметить искусственное волокно (нейлон) и еще одну разновидность неметаллических материалов — резиноподобные массы, поскольку и нейлон и резина обладают исключительно интересными своеобразными механическими свойствами. Искусственные каучуки и резины, изготовленные на основе так называемых эластомеров (высокоэластичных синтетических смол), являются наряду с пластмассами важнейшими материалами, без которых немыслимо развитие современной техники. Широко известны упругость, эластичность, демфирующие свойства резиноподобных материалов. Длина разорванного образца может быть увеличена растяжением до восьми крат, а после снятия растягивающей нагрузки она может возвратиться почти к исходной величине, причем объем образца при этих сверхдеформациях остается практически неизменным. [c.11]

Механический способ К. Чистое льняное волокно (кудель,очес или даже трепаный лен) пропускают через щипальный агрегат, т. е. несколько барабанов.с острыми короткими колками, делающих до 800 об/м. получающиеся при этом короткие волокна еще не представляют собой котонизированного элементарного волокна, т. к. пектиновые и инкрустирующие вещества не в достаточной мере удалены при указанной обработке получаются лишь механически разорванные волокна, частично разделенные иа основные элементы. Этот способ К. не дает волокна стеми свойствами, к-рые предъявляются условиями английского хл.-бум. прядения, так как волокна крайне разнородны по длине и толщине и не имеют достаточной эластичности далее, на волокнах остается большое количество пектиновых веществ, которые при дальнейшей обработке ткани из пряжи такого волокна и особенно при отбелке и аппретуре быстро разлагаются если их полностью отмыть, то получается ослабление ткани, если же они остаются в ткани, то придают ей отрицательные свойства-жесткость и ломкость. При этом способе К. выделяется много пыли, вредной для здоровья работающих. В виду ряда недостатков чисто механич. способ К. не нашел широкого практического применения. [c.162]

Процесс обработки на куделеприготовительных машинах складьшается из сильного промина, измельчения древесины (костры) ири помощи трепальных барабанов, вращающихся с большой скоростью, вытряхивания костры на трясилке. Вся обработка ведется одним общим непрерывным процессом на одной машине. Основным условием для продуктивной работы куделеприготовительной машины является пониженная. влажность материала, выражающаяся 6—8%. Это обстоятельство вызывает необходимость подсушки материала перед пропуском его через куделеприготовительную машину. Не говоря уже о расходах на подсушку, переработка сухого льна при сильном мятье и трепании, что имеет место в куделеприготовительных машинах, нарушает креиост . и цельность волокна. К. в этом случае состоит из разорванных коротких вологсон. Куделеприготовительные машины за редким исключением не дают высокого № волокна при обработке тресты среднего качества получают № 6—8—10. Этот основной недостаток куделеприготовительных машин заставляет конструкторов разрабатывать тип новой машины, работающей на другом принципе, но практически этот вопрос но получил пока разрешения. [c.350]

Су дествуют два метода расщепления древесины на волокна. По первому методу полученная механич. обработкой на дисковых и рубильных машинах щепа подвергается варке в воде или в слабом щелочном растворе, после чего поступает на дефибреры различных систем для дезинтеграции. По второму методу (мессонит-процесс) предварительно измельченное сырье загружают в т. и. паровые пушки , представляю1цие собой стальные цилиндры размерами 1,5 х 0,5 мм, снабженные быстро открывающимися гидравлич. клапанами, находящимися в нижней части пушки . Загруженную щепу подвергают действию пара при давлении 12—15 а1 и держат при темп-ре 190° в течение 30—40 ск. Затем в течение 2—3 ск. доводят давление пара до 75 а1 и через 5 ск. по достижении этого давления быстро открывают клапан, что сопровождается взрывом, и разорванная на волокна щепа с огромной скоростью (1 200 ж/ск) выбрасывается через небольшое отверстие в дне пушки . [c.141]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...