Волокна разрывы

Пластичная матрица. Если материал матрицы пластичен, а волокно хрупко, при достижении удлинения, соответствующего пределу прочности волокна, последнее рвется, тогда как матрица продолжает вытягиваться. В некоторых старых работах (Келли п др.) делается вывод о том, что при малой, концентрации хрупких волокон прочность композита может оказаться ниже прочности матрицы. Волокна разрываются при сравнительно низком среднем напряжении, а дальше вся нагрузка воспринимается матрицей, относительная площадь сечения которой у меньше, чем площадь сечения исходного материала, и = i — f/. Это уменьшение прочности происходит до тех пор, пока У/ меньше некоторого критического значения и р. При У/ > Уир большая часть нагрузки воспринимается прочными волокнами и прочность композита растет с увеличением Vf. Эта схема была бы верна, если бы разрушение всех волокон происходило в одном и том же сечении. В действительности при малых значениях Vf по мере удлинения матрицы происходит беспорядочное дробление. Распределение растягивающего усилия в каждом кусочке длины Z > 2Zo будет таким, как показано на рис. 20.6.1, а, при даль- [c.700]

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]

В этом случае участок вершины надреза в направлении растяжения упрочняется, образуется волокно , более прочное, чем остальной материал, несколько удаленный от вершины надреза. Разрушение материала может произойти раньше и не в вершине надреза, а на некотором расстоянии от нее. Дальнейшее разрушение происходит так, что упрочненный участок в виде отдельного волокна разрывается значительно позднее, чем происходит раздир ближайшей к надрезу части образца. Этот процесс, поскольку после разрушения и нарастания нагрузки наступает ее внезапный спад, а с ним и потеря упрочнения при деформации, характеризуется периодичностью, как и толчкообразный раздир ненаполненных резин на основе кристаллизующихся каучуков. Поэтому после раздира на образце вдоль поверхности разрушения виден ряд волокон. [c.221]

Шлифовка отличается от ворсования тем, что при ворсовании концы волокон выдергиваются и волокна разрываются, при шлифовании же волокна, лежащие на поверхности, разрезаются и расщепляются и образуют не ворс, а поверхность, напоминающую замшу. Эффект достигается валами, обклеенными наждаком или пемзой, причем полотно должно едва касаться этих валов. Маленькие [c.448]

Стеклянные, борные и углеродные волокна следуют закону Гука до момента разрыва, поэтому удлинение при разрыве невелико и энергия, затрачиваемая на разрушение, низкая. Органические волокна обнаруживают некоторые пластические свойства, диаграмма растяжения в конце искривляется, уменьшая свой наклон, и площадь под диаграммой, т. в. работа разрушения, может быть больше, чем у более жестких борных и углеродных волокон. [c.689]

Величина т вообще неизвестна, и пути ее экспериментального определения неясны. Во всяком случае она меньше, чем сопротивление композита разрушению при сдвиге. Принимая т = = 2 кгс/мм , о = 240 кгс/мм (ориентировочные оценки для углепластика), получим при d = 10 мкм, Zo = 0,3 мм. При разрыве композита поверхность разрыва напоминает щетку, из разлома матрицы, как щетинки, торчат кончики оборванных волокон. Средняя длина этих вытянутых кончиков равна неэффективной длине волокна. Результаты таких измерений показывают, что величина неэффективной длины в сильной степени зависит от технологии изготовления композита, определяющей величину т в формуле (20.5.5), для композитов углерод — эпоксидная смола величина 1а может достигать 0,5—1 мм. При этой длине большая дисперсия прочности волокон приводит к снижению прочности пучка за счет коэффициента реализации к, определяемого формулой (20.4.4), который не перекрывается увеличением средней прочности вследствие масштабного эффекта. [c.699]

Если I < 21о, график распределения усилия будет соответствовать рис. 20.6.1,6, вероятность разрыва такого кусочка волокна уже мала. В результате оказывется, что все волокна раздробятся на отдельные куски длиной от 1а до 2k. Величина определяется в данном случае максимальным напряжением, которое [c.701]

Полимерная матрица следует закону Гука почти до момента разрушения, незначительные отклонения от закона упругости могут не приниматься во внимание. Как правило, удлинение матрицы при разрыве в несколько раз больше, чем удлинение волокна, поэтому качественная картина поведения такого композита в известной мере напоминает поведение композита с металлической матрицей при малом объемном содержании волокна возможно его дробление. Однако малая прочность матрицы по отношению к касательным напряжениям и довольно слабая связь между волокном и матрицей вносят свою специфику. В композите органическое волокно — эпоксидная смола, наоборот, разрывное удлинение смолы меньше, чем удлинение волокна. Ввиду малой прочности матрицы происходит ее дробление на мелкие частички, которые легко отваливаются, обнажая пучки волокон, которые уже относительно легко обрываются. [c.703]

Перемешивая пластмассу (полимер) с мелко изрубленным стеклянным волокном, получают композит с хаотическим армированием. Прочность его выше, чем прочность пластмассы, однако прочность стеклянного волокна используется далеко не полностью, так как при разрушении волокна не разрываются, а выдергиваются из пластмассы. [c.43]

Любопытно, что нити, крученые из искусственного волокна, оказываются менее прочными на разрыв, чем некрученые. Искусственное волокно имеет большую длину, равную длине нити. Поэтому волокна не нуждаются во взаимной связи, и наличие крутки создает в этом случае только дополнительные напряжения, приводящие к более быстрому разрыву. [c.358]

Из водной суспензии размолотой целлюлозы, так называемой пульпы, на специальных машинах изготовляют ролевые и листовые бумаги и картоны. При этом волокна стремятся расположиться преимущественно по ходу машины по направлению движения пульпы в долевом направлении. Этим объясняется различие механических свойств бумаг и картонов в разных направлениях продольное (по ходу машины) и поперечное. Предел прочности вдоль при растяжении выше, удлинение при разрыве меньше, чем поперек . [c.166]

И разрезанные волокна (например, распределение напряжений вблизи концов волокон и внутри смежных волокон), и поведение композитов, армированных гранулами. Это также позволило бы легко моделировать пустоты, местные разрывы и прочие технологические дефекты. [c.220]

Мы обнаружили, что построенные решения могут приводить к разрывам касательного напряжения на волокнах или нормальных линиях. Обычно это происходит в тех случаях, когда волокно или нормальная линия представляют собой часть границы тела и заданные здесь касательные усилия не совпадают с касательными напряжениями внутри тела. Для того чтобы имело место равновесие, к концам отрезка с различными касательными усилиями на двух его сторонах необходимо приложить растягивающие усилия, разность которых имеет конечное [c.297]

Таким образом, напряжение Т состоит из двух частей (i) напряжения Tq Y), постоянного вдоль каждого волокна и неопределенного, если оно не задано хотя бы в одной точке волокна, и (ii) величины 2W k), явным образом зависящей от величины сдвига в рассматриваемой точке. Кроме этого, напряжение содержит (iii) сосредоточенные силы, приложенные к граничным волокнам и определяемые отдельно путем интегрирования разрывов напряжений вдоль граничных волокон. [c.319]

Специфические проблемы возникают при наличии особенностей, таких, как концы волокон и разрывы волокон. Простейшая изученная модель в этом случае представляет собой одиночное волокно, помещенное в цилиндр из матричного материала, при осевом нагружении. Распределение касательного напряжения на границе между волокном и матрицей в этой модели изучено в работах Кокса [12] и Дау [21]. Полученные результаты, однако, оказываются недостаточными вблизи конца волокна, поскольку они не учитывают влияния его формы и не позволяют вычислить максимальные возникающие здесь напряжения. Этот недостаток аналитического решения явился причиной проведения цикла фотоупругих исследований. [c.517]

В настоящем исследовании изучалась механика только одной трещины или единичного разрыва волокна. Наличие одного изолированного мощного дефекта или концентратора напряжений определяло весь процесс разрушения и инициировало распространение трещины при гораздо меньшем значении нагрузки, чем то, которое потребовалось бы при отсутствии концентратора напряжений. Тем не менее наблюдаемая неспособность первоначальной трещины распространяться в стеклянные бруски, смежные с центральным, подтверждает выводы, полученные на модели Розена [55]. Концентрация напряжений у конца трещины, достигающей смежных стеклянных брусков, сильнее дефектов, существующих в других точках армирующих стержней, так что трещина разовьется прежде, чем возникнут какие-либо новые [c.549]

К сожалению, из-за сложности задачи более строгая обобщенная теория композитов с короткими волокнами не была создана. Помимо трудностей, которые обусловлены неоднородностью напряженного состояния у концов волокон, значительные сложности возникают из-за наличия множества геометрических переменных. Влияние некоторых переменных (обычно в сочетании с одной или двумя другими) исследовали и оценивали количественно. К этим переменным относятся содержание волокон, отношение модулей волокна и матрицы, отношение длины волокна к диаметру, величина зазора между концами волокон, форма конца волокна, наличие близлежащих разрывов в других волокнах, потеря связи и возникновение пластического течения. [c.62]

Параметр у/в в уравнениях (4)— (6) определяет энергию разрушения адгезионного соединения на поверхности раздела для образца с одним волокном, 1В1 — соответствующую энергию композита. Параметр Ьв характеризует длину волокна, продольно смещенного относительно матрицы, Sfт — прочность волокна при разрыве. [c.61]

На рис. 10, е иллюстрируется тот вид роста усталостной трещины, при котором усталостная прочность композита будет низкой перед растущей в матрице усталостной трещиной вязкие волокна разрываются постепенно в результате роста в них усталостных трещин, а хрупкие волокна разрываются внезапно под действием высоких напряжений у конца исходной трещины. В работах [20, 39, 53] утверждалось, что подобный вид распространения усталостной трещины имеет место в композитах с волокнами большого диаметра (> 0,01 см). В [17], однако, обнаружено, что в случае наличия в железе волокон ГвзВ сечением 2-10 см такой вид роста трещин будет относительно безопасным. В тех, вязких бериллиевых волокнах (диаметром 0,01 см), которые расположены перед усталостными трещинами, лежащими в матрице, трещин усталости обнаружено не было (быть может, за одним исключением) [22]. [c.421]

Фторопласты. При увеличении температуры механическая прочность фторонласта-3 (элементарное звено — СРд—СРС1—) существенно снижается (рис. 19.7). Резкое охлаждение с температуры плавления до температуры ниже 100° С увеличивает его механическую прочность, особенно щовышаются сопротивляемость ударным нагрузкам (в 3—5 раз) и относительное удлинение при разрыве (в 5 раз). Фторопласт-3 обладает повышенными эластичными свойствами и отсутствием хладотекучести устойчив к действию агрессивных сред. Наполнителями его являются стеклянные и асбестовые волокна, кварцевая мука, каолин, шифер, графит, молотый кокс и др. [c.350]

Представление об однородности среды необходимо для механической теории, хотя некоторые ограничения в этом нанравле-нии могут быть сняты. Представим себе, например, пластинку из биметалла медь сварена со сталью, на одной стороне свойства одни, на другой — другие. Такого рода задачи, когда свойства меняются внезапно и остаются постоянными в довольно больших объемах, принципиальных трудностей не представляют. Свойства материала могут меняться по объему и непрерывным образом. Простейший пример представляет собою неравномерно нагретое тело. Свойства материала зависят от температуры, которая распределена по объему непрерывным образом (или с конечным числом разрывов). Существенно неоднородны так называемые композитные материалы, например полимерная смола, перемешанная с рубленым стеклянным волокном. Но в механике такого рода неоднородная среда заменяется эквивалентной однородной. [c.22]

Первым примером такого рода композитов, получивших достаточно широкое практическое применение, служат стеклопластики (мы не говорим здесь об известных с глубокой древности саманных постройках, т. е. о композитах глина — солома, механические свойства которых совсем не плохи). Перемешивая полимерную массу с мелко изрубленным стеклянным волокном, мы получаем первый пример композита с хаотическим армированием. Прочность такой пластмассы выше, чем прочность неар-мированного материала, однако потенциальная прочность стеклянного волокна используется при этом далеко не полностью, разрушение всегда происходит по матрице, стеклянные волокна не разрываются, а выдергиваются из пластмассы. Следует заметить, что изделия из хаотически армированных пластиков, например полиэтилена, изготовляются обычными способами — путем формования, выдавливания, литья. Поэтому стандартное технологическое оборудование оказывается пригодным для получения таких изделий. [c.684]

Средний угол разориентации составляет у хорошего волокна 8—10°. Поэтому модуль упругости при растяжении волокна оказывается в 2,5—5 раз меньше, чем модуль при растяжении в плоскости атомной решетки. При одинаковой степени разориен-тации материалы, полученные по разной технологии, обнаруживают разные значения модуля. Это связано, по-видимому, с тем, что пучки атомных плоскостей объединяются в слегка искривленные фибриллы, видимые под электронным микроскопом. Межфибриллярные связи, определяющие эффективньсй модуль сдвига, могут быть более сильными и менее сильными. Соответственно и характер разрушения моноволокна при разрыве может быть различным, при слабых межфибриллярных связах волокно рассыпается при разрыве в пыль, при сильных — разделяется на две части более или менее гладкой поверхностью. [c.688]

Здесь а/ тш — некоторое относительно небольшое напряжение, при котором разрывается одно волокно цепочки. Слсздует ожидать, что эта величина уменьшается с возрастанием Vj, поскольку при этом увеличивается число волокон, находящихся в цепочках. Мы не будем учитывать этой возможности и представим уравнение (20.6.3) прямой 2 на рис. 20.6,2. [c.702]

Разрушение бумажной упаковки начинается с момента достижения паровой фазой, окружающей металлоизделие, точки росы, что сопровождается конденсацией паров воды и увлажнением бумаги в месте ее контакта с металлом. Разрушению подвергаются лишь те увлал ненные места бумаги, которые содержат локализованный ингибитор в виде крупных включений. Именно с растворения ингибитора в воде начинается набухание целлюлозного материала, сопровождающееся разрывом связей между волокнами в листе бумаги и созданием условий для ее последующего разрушения, что происходит при контакте с металлоизделиями, содержащими медь, кобальт, цинк, кадмий, никель и т. д. [c.153]

Общие теории упругопластического пове.д,ения материалов построены относительно недавно, поэтому приложения этих теорий к специальным задачам микромеханики композитов пока ограничены. Хорошо известно, что вследствие высоких концентраций напряжений в локальных областях между волокнами предел упругости материала матрицы может быть превзойден задолго до заметного проявления нелинейных свойств композита в целом. Эта локализованная упругопластичность оказывает существенное влияние на перераспределение напряжений внутри композита и, как следствие, на начало разрыва композита. В данной главе обсуждаются возможные подходы к реше- [c.196]

К исследованию упругопластических материалов впервые прямой метод жесткостей применили Галлагер с соавторами [13], одновременно использовавшие метод начальных деформаций. Хронологический перечень более поздних работ по применению прямого метода хлесткостей с одновременным применением метода начальных деформаций или же метода касательного модуля можно найти в труде Маркала [22]. В большинстве этих работ исследуется распределение напряжений около отверстий, вырезов и прочих разрывов в плоских пластинах, на которые действуют нагрузки, лежащие в плоскости пластины. Предполол<ив, что на месте такого разрыва находится включение той же формы (например, волокно), отличное по своим свойствам от исходного материала, приходим к рассмотрению композиционных материалов. Современное состояние метода конечных элементов описано в очень многих работах, в частности в работе Зенкевича [41]. [c.225]

Эти исследования можно было бы использовать также для определения таких комбинап ий компонентов композита, при которых получались бы заранее заданные его характеристики. В качестве таких характеристик можно было бы выбрать, например, максимальную прочность, большие деформации при разрыве или хорошие деформационные характеристики при двухосном поперечном нагружении. Сравнительно не исследованной областью является проблема выбора оптимальных кривых одноосного растяжения материалов волокна и матрицы для получения композита с заранее заданными свойствами. Этот тип информации был бы очень полезен тем из исследователей, которые занимаются созданием новых видов матрицы и включений. [c.237]

И что направления волокон и нормальных линий меняются непрерывным образом. Возможные типы деформации, при которых то или иное из указанных предположений не выполняется, н соответствующие примеры рассмотрели Пипкин и Роджерс [26, 27]. Основной результат, касающийся кинематики деформаций в задаче с разрывным изменением направления, состоит в том, что линия разрыва должна делить пополам угол между волокнами на обеих сторонах разрыва, поскольку расстояние по нормали между двумя волокнами должно быть одним и тем же для обеих сторон разрыва. [c.306]

Другая важная проблема микромеханики композитов — это изучение передачи нагрузки от матрицы к волокну (или от волокна к матрице) в том случае, когда внешняя сила действует параллельно волокнам или под углом к ним. Известно значительное число экспериментальных фотоупругих исследований, посвященных напряжениям в матрице, распределениям напряжений у границ раздела матрицы и волокна, концентрации напряжений вблизи концов и разрывов волокон, а также видам разрушения и его развитию. Большинство этих исследований носит качественный характер. Микроскопические фотоупругиеэкс-иерименты, использующие модели с подлинными волокнами мо- [c.494]

В микрофотоупругих экспериментах используются модели с армирующими волокнами материала-натуры, например со стекловолокнами, волокнами бора, сапфировыми усами и т. д. Эти модели точнее имитируют моделируемый композит, поскольку в них сохраняется трехмерное напряженное состояние и воспроизводятся характеристики сцепления между матрицей и волокнами. Были проведены микрофотоупругие опыты, в которых для определения неэффективной длины волокна и исследования вида и путей распространения микроразрушения изучались распределения напряжений и их концентрация вокруг концов волокон, разрывов волокон и нарушений сцепления волокна с матрицей. [c.520]

В литературе имеются описания нескольких микрофотоупру-гих исследований, проведенных с различными целями. Одно из первых исследований выполнено Шустером и Скала [63], изучав-щими напряжения вокруг высокопрочных сапфировых (а-АЬОз) усов. В этой работе описан метод, при помощи которого по среднему значению разности главных напряжений на толщине образца вычисляется разность главных напряжений в плоскости, проходящей через ось уса. Предполагалось, что между границей раздела и областью, в которой доминируют условия свободного поля, эта разность линейно меняется с расстоянием. Максимальный коэффициент концентрации касательных напряжений, равный 2,5, был получен для уса с прямоугольным концом, что хорошо согласуется с результатами двумерных фото-упругих исследований [6, 66]. Для усов с заостренными концами концентрация напряжений оказалась значительно ниже. Умень-щение напряжений в матрице наблюдалось на расстоянии до 5 диаметров от конца уса. Наибольшая концентрация напряжений наблюдалась в точках разрушения уса, происшедшего после его заделки. Эта концентрация вызывает поперечное растрескивание матрицы. Количественный анализ напряженного состояния в окрестности разрыва волокна не проводился. [c.521]

Композит нагревали при 777 К в течение 165 ч для увеличения количества разрывов окисной пленки, возникающих при изготовлении. Реакция с каустической содой прекращалась по достижении поверхности раздела. Затем бор растворяли в щелочном растворе красной кровяной соли (реактив Мураками). Было установлено, что растворение бора происходило через трещины в пленке. На рис. 11 приведена микроструктура этой пленки после частичного растворения бора. Тонкая мембраноподобная пленка имеет форму трубки диаметром 0,1 мм диаметр частично растворенного волокна менее 0,05 мм. Электронно-микроскопическое исследование пленки показало сложность ее структуры (рис. 12). Строение такой поверхности раздела обсуждается более подробно в гл. 3. [c.37]

Композит с -прочными поверхностями раздела и однородными свойствами волокон и матрицы будет разрушаться по плоскости, перпендикулярной направлению приложенных нап ряжений, и поверхность излома будет гладкой. Если волокна неоднородны по прочности из-за наличия слабых точек (дефектов) или разрывов, трещина будет распространяться так, чтобы связать слабые точки. Вследствие этого трещина либо пройдет лишний участок пути в матрице (п рочная поверхность раздела), либо будет распро-ст ранять ся по поверхности раздела. Как показано выше, максимальная длина вытягиваемой части волокна определяется критической длиной. С другой стороны, матрица разрушится в первую очередь, если деформация разрушения для нее меньше, чем для волокон. На рис. 1 схематически показаны некоторые из этих типов разрушения. На рис. 1, а показан характер разрушения композита с малой деформацией разрушения матрицы согласно работе Джонса и Олстера [14], такое разрушение наблюдается в композитах алюминий — нержавеющая сталь. Рис. 1, б отвечает случаю,, когда мала деформация разрушения волокон (например, волокна бора). В этом случае предполагается, что прочность поверхности раздела высока, поскольку трещины соединяются путем сдвига матрицы. В случае рис. 1, в деформация разрушения волокна мала, но из-за малой прочности поверхности раздела трещина в матрице отклоняется слабо, поскольку волокна легко вытягиваются из матрицы. Такое поведение может быть ирисуще композиту алюминий — бор со слабой связью. Для этого типа разрушения предполагается, что деформация разрушения [c.142]

Наиболее распространенным методом измерения адгезионной пр очности является вытягивание волокон из отлив1КИ смолы (рис. 14). На рис. 14, а приведены схема испытательной установки и ее наиболее важные части. Результаты иопытания (рис. 14,6) соответствуют либо нагрузке в момент разрыва волокон (растяжение), либо нагрузке в момент вытяжки волокон из матрицы (сдвиг). Прямые линии, проведенные через точки, соответствующие разрушающим нагруз ка м при сдвиге и растяжении волокон, пересекаются в точке, определяющей так называемую критическую длину волокна, при которой в матрице достигается полностью напряженное состояние, (рис. 14,6). Следует отметить, что эта длина очень незначительна для данной системы она составляет величину всего лишь трех диаметров волокна. Результаты, полученные при повышенной температуре, приведены на рис. 14, в, откуда легко определить критическую длину волокна. Очевидно, она зависит как от температуры испытания, так н от свойств компонентов, входящих в состав композита. В работе [21] описан еще [c.54]

Наряду со стекловолокном основными упрочнителями композитов являются углеродные (графитовые) волокна, нитевидные кристаллы и волокна нз высокопрочных металлов, таких, как бор. Эти волокна менее чувствительны к воде, чем стеклянные, уже потому, что они не так гидрофильны. Вайетт и Эшби [78] сравнивали действие воды на полиэфирные композиты, армированные волокнами углерода и Е-стекла. В обоих случаях наблюдалось набухание смолы, однако интенсивно ра сслаивался только стеклопластик. Предполагалось, что волокна из металлов или из окислов металлов не более гидрофильны, чем кварц, а, как уже отмечалось [2], кварцевые волокна не расслаиваются при выдержке композита в воде. Тем не менее металлы и окислы металлов (в отличие от углерода) подвержены коррозии под напряжением [76]. Очевидно, накопление воды на поверхности раздела между окислом металла и полимером, которое является следствием гидрофильного загрязнения, приводит к образованию дефектов и разрыву волокна. [c.115]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...