Диаграмма деформации композита

Свойства волокнистых композитов при нагружении сжатием обнаруживают значительные отклонения от правила смеси [48, 66] так, у композита алюминий—нержавеющая сталь непосредственно после изготовления предел упругости выще в 2 раза, а предел микротекучести — в 5—8 раз (в зависимости от объемной доли упрочнителя). Диаграммы деформации композита алюминий—нержавеющая сталь при сжатии для различных значений объемной доли упрочнителя приведены на рис. 16. Показано, что разрушение происходит в фазе , т. е. путем сдвига (выгибанием), и. не связано с отслаиванием (отрывом) проволоки по поверхности раздела. В соответствии с этими данными был пред- [c.247]

Деформации любого слоя еь ег и yi2 вычисляются через деформации композита по уравнению (4.13). Рассчитанные деформации слоя используются в свою очередь для определения текущих значений упругих констант по основным диаграммам деформирования материала слоя. Определенное таким образом подставляется в уравнение (4.21) для следующей (м + 2)-й ступени нагружения. [c.150]

НОЙ деформации, затухание динамических эффектов, зависимость диаграммы напряжение — деформация от скорости нагружения — вот некоторые примеры проявления вязкоупругих свойств материала. Для успешного проектирования полимерных композитов и их эффективного использования в промышленности требуется хорошее понимание явления вязкоупругости. [c.103]

Диаграммы напряжение — деформация на рис. 4—8 приведены с целью графической иллюстрации характера деформирования указанных композитов перед разрушением. Дополнительные данные можно найти в [53, 68]. [c.113]

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]

Таким образом, кривая напряжение — деформация рассмотренного композита несколько отличается от диаграммы композита, разрушающегося в результате единичного разрыва. В частности, процесс прогрессирующего разрушения матрицы приводит к необратимому поглощению энергии, что может вызвать существенное повышение вязкости разрушения композита. Следует отметить также, что поглощение энергии происходит при условиях возрастающей нагрузки, аналогично тому, что наблюдается у упрочняющихся металлов. Это поведение отличается от ряда других механизмов поглощения энергии, которые обнаружены при разрушении композитов, например вытаскивания волокон, которое хотя и может дать вклад в работу разрушения при значительных раскрытиях трещины, но практически не увеличивает устойчивость материала перед разрушением. [c.448]

Рис. 2.21. Диаграммы напряжение — деформация гибридных композитов, построенные для различных законов смесей.

Исследование зависимостей напряжение — деформация показывает, что поведение композитов может быть самым разнообразным. Они могут вести себя как хрупкие материалы, как материалы, обладающие сложной текучестью, и как пластические материалы. На рис. 5.1 для различных композитов показаны диаграммы напряжение — деформация. Диаграммы, представленные на рис. 5.1, а получены для слоистого материала, состоящего из эпоксидной смолы и стеклоткани, имеющей атласное переплетение. При растяжении стеклоткани в основных направлениях примерно до 5 кгс/мм диаграммы имеют прямолинейный характер. Затем следует небольшой излом, который носит название колена . В дальнейшем с возрастанием напряжения происходит пропорциональное возрастание деформаций. Разрушение материала наступает примерно в окрестностях 2%-ной деформации. [c.107]

Поведение композита при высоких скоростях деформаций отличается от случаев, рассмотренных в предыдущих главах, поскольку при высоких скоростях деформаций прихо-ходится принимать во внимание влияние массы материала и нельзя исключить из рассмотрения вязкоупругость материала. Следовательно, диаграммы напряжение — деформация при динамических воздействиях будут отличаться от диаграмм, которые имеют место при статическом нагружении, что можно видеть из рис. 6.1. [c.147]

Результаты испытаний по определению характеристик механических свойств бороалюминия при растяжении вдоль волокон приведены в табл. 8.2. На ряде образцов наблюдался подрост трещины, стартовавшей из области перехода сечений, перпендикулярно продольной оси образца, расслоение вдоль волокон и основной долом происходили уже в захватной части образца. Такой характер разрушения обусловлен концентрацией касательных напряжений в области изменения сечения. Результаты испытаний таких образцов не учитывались. Разрушающие напряжения и деформации определялись по максимальной нагрузке, модуль упругости — по углу наклона диаграммы деформирования на линейном участке. Отметим, что существенный разброс значений прочности является характерной особенностью волокнистых композитов с высокой степенью армирования — поданным [1], коэффициент вариации прочности бороалюминия может достигать 21...23 % при объемном содержании волокон 54 %. [c.234]

Диаграммы напряжение — деформация показывают, что композиционные материалы больше соответствуют по упругим свойствам чугуну и другим мягким материалам, чем стали или другим жестким материалам. Для большинства композитов существует два линейных участка на диаграмме напряжение — деформация, соответствующих двум модулям упругости. В основном композиты являются материалами, обладающими малыми деформациями разрушения (порядка 1ч-2 %). При конструировании соединений композиционных материалов необходимо знать прочность этих материалов при смятии и сдвиге, прочность при растяжении и сжатии, напряжения сдвига, возникающие при изгибе в соединениях. Необходимо также знание термических напряжений, пределов усталости и воздействия окружающей среды. [c.381]

При Д = 10 Н/м развитие структурного разрушения протекает в целом в равновесном режиме до деформации = 2,5 10 и доли повреждений 51,6%. Формирование макродефекта завершается неустойчивым развитием и, как следствие, потерей несущей способности материала при напряжении —49,8 МПа. Диаграмма деформирования, построенная при Д = 10 Н/м , не отличается от кривой, регистрируемой в режиме абсолютно жесткого нагружения. В зтом случае макроскопическое разрушение композита происходит вследствие устойчивого развития макродефекта при т з = —3,0 МПа, значении предельной деформации 33 = —4,3 10 и степени поврежденности среды 64,3%. [c.138]

На рис 7.12 показана последовательность возникновения и развития зон пластичности и разрушения в матрице при одноосной деформации сжатия волокнистого композита (объемная доля волокон 0,188, отношение полуосей эллипса 0,67). Здесь и далее точки, отмеченные на диаграммах, характеризуются формой и расположением зон неупругого деформирования, показанных на изображениях фрагментов ячейки периодичности с соответствующими номерами. [c.149]

В механике композиционных материалов (КМ) получили развитие два взаимосвязанных и дополняющих друг друга направления исследований. Первое из них базируется на строгом учете структуры материала, второе — на использовании интегральных диаграмм деформирования, которые могут быть получены экспериментально или расчетным путем. Точные решения задач механики в постановке, соответствующей первому направлению, кроме рассмотренных специфических вопросов [1-4], подтвердили применимость методов второго направления к весьма широкому классу композитов, использующихся для изготовления оболочечных конструкций, в связи с этим при разработке методов решения задач статики и динамики оболочек из КМ структурные особенности последних учитываются только при расчете эффективных характеристик анизотропной сплошной среды, имеющей такие же диаграммы деформирования и прочностные характеристики, что и исходный КМ. Построив в таком приближении уравнения состояния КМ, а также используя уравнения движения и соотношения между перемещениями и деформациями теории упругости анизотропного тела, можно получить решение соответствующих задач, хотя это сопряжено со значительными трудностями. [c.105]

Диаграмма деформации композита 53 Ди борид тнтана, волокно 28 Диюконтинуум хим ический 46—48 Диффузии механизмы, экспериментальное нсследование 29 Диффузионная сварка 32 —34 Диффузия, замедление при обменной реакции 97 [c.430]

В этом случае выделяются два элемента один—для оиределе-ния прочности при поперечном растяжении, второй — для определения прочности при межслойном сдвиге. Модель при нагружении композита в поперечном направлении позволяет получить выражение для определения средней деформании в матрице как функции средней деформации композита, величину которой можно че-посредственно сравнить с допустимой деформацией матрицы или, используя диаграмму напряжений, с ее прочностью. Аналогичные соображения приводят к таким же выводам и в случае межслойного сдвига. Подобный анализ называется методом учета деформации. Он применяется для расчета прочности композита при поперечном растяжении и при межслойном сдвиге [13, 14]. [c.50]

Здесь Е122Р измеряется в точке первого отклонения диаграммы напряжение — деформация композита от линейной, как проиллюстрировано на рис. 37, б. Деформации и С122р связаны [c.148]

Для определения тангенциальных модулей по диаграммам деформирования, полученным из экспериментов при одноосном нагружении, Петит [19] использует деформации слоя ei и б2, развивающиеся при двухосном нагружении Этот прием не является вполне строгим. Сандху в своем подходе пытается учесть эффект двухосного напряженного состояния путем определения после каждого шага нагружения эквивалентных деформаций. Эти скорректированные деформации используются для определения средних упругих констант слоя, после чего вычисляется новое значение [Ау и по нему уточненные приращения деформаций. Процедура повторяется до тех пор, пока разность между приращениями деформаций, определенными в двух соседних итерациях, не будет меньше желаемой точности приближения. Окончательно приращения напряжений слоя получаются из этих исправленных величин приращений деформаций и тангенциальных модулей (уравнение (4.3), записанное через приращения). Текущие значения напряжений, деформаций и энергии деформирования на (rt+l)-M шаге определяются суммированием соответствующих приращений и текущих значений после предыдущего шага нагружения. Повторение этой процедуры позволяет получить диаграмму деформирования композита до тех пор, пока величина накопленной энергии деформирования любого слоя не достигнет своего предельного значения. [c.156]

Диаграммы деформирования композита со структурой армирования ф = 45° (рис. 2.21, в) внешне похожи на диаграммы деформи- рования пластичных металлов и принципиально отличаются от диаграмм деформирования, например, материала с углами укладки слоев ф = 75° при растяжении в направлении оси у (см. рис 2.21, а). При этом композит, составленный из слоев, предельная деформация которых не превышает 0,6—3,5 % (в зависимости от направления нагружения), деформируются без разрушения до уровня 9—10 %. Высокая податливость не является только недостат- ком материалов этого типа. Эффекты псевдопластичности могут быть с успехом использованы при проектировании конструкций. [c.62]

Следует отметить еще один эффект, проиллюстрированный на рис. 8.17. Активный процесс деформации композита может сопровождаться процессами локальной разгрузки. В рассмотренном случае это было вызвано началом разрушения от формоизменения (точка 1 на рис. 8.17) малой доли слабых слоев. На данном рисунке показаны зависимости всех инвариантов тензора макронапряжений для процесса деформирования, при котором значения всех инвариантов тензора макродеформаций равны (2eli = 2е5г = зз = 2 = v Is = Ф 0). Штриховыми линиями показаны диаграммы деформирования без разрушения. [c.184]

При создании микромеханических теорий прочности необходимы также диаграммы деформирования компонентов. На рис. 10 изображены диаграммы растяжения некоторых волокон, а на рис. 11 — некоторых смол. Из этих рисунков видно, что волокна имеют линейные диаграммы напряжение — деформация до разрушения, в то время как смолы ведут себя существенно нелинейно. Важное наблюдение, которое можно сделать по приведенным диаграммам, состоит в том, что в композитах, нагруженных до деформации более 1—2%, смола оказывается нагруженной в нелинейной области дефордшрования. Это ясно видно в случаях нелинейных диаграмм деформирования, изображенных на рис. 4—6. [c.116]

Ударные испытания с малыми ударными скоростями (менее чем 5 м/с) осуществлены на установках Изода и Шарпи. Интерпретация этих результатов, как указано выше, очень трудна, поэтому они здесь представлены в количественном виде. В работе [45] обнаружено, что стеклополиэфирные и бороалюминиевые композиты обладают значительно худшими ударными свойствами, чем алюминиевые и титановые сплавы. Наблюдалось увеличение сопротивления удару с увеличением содержания волокна, но авторы не смогли установить сколько-нибудь последовательной связи между работой разрушения, вычисленной по диаграмме напряжение — деформация и измеренной энергией удара. В [43] осуществлены такие же испытания на алюминиевых композитах, армированных углеродом (35% объемного содержания углерода RAE типа 2), и получены гораздо более низкие значения энергии удара даже по сравнению с композитом стекло — полиэфирная смола. Для армирования эпоксидных смол использовались [c.322]

Измерения плотностей дислокаций в металлической матрице методами трансмиссионной электронной микроскопии [24] и изучения ямок травления [12], а также измерения in situ напряжений рентгеновскими методами [13, 14] показывают, что матрица композита в состоянии поставки является деформационно упрочненной (как механически, так и термически) и что дополнительное деформирование вызывает незначительное или не вызывает никакого дополнительного деформационного упрочнения матрицы [7, 24, 36, 56, 21, 22]. Стабильные петли гистерезиса на диаграмме напряжение — деформация в композитах алюминий — кварц [7], алюминий — бериллий [21] и алюминий — бор [22, 55], как правило, наблюдались после 3—20 циклов. [c.404]

Возможно, что свойства чрезвычайно важных компонент композита могут быть почти полностью скрыты в макроповедении материала, если не анализировать его с достаточной тщательностью. Например, наличие малой объемной доли кобальта как пластичного связующего в цементированном карбиде вольфрама позволяет реализовать в этом композите прочность, равную прочности самих частиц карбида вольфрама. Этот эффект объясняется значительным сглаживанием пиков микронапряжений [2]. Пластичность же не проявляется из-за того, что слои кобальта среднестатистически тонкие и их пластические деформации стеснены. Существенная (с точки зрения прочностных свойств) роль пластичности практически никак не проявляется в диаграммах нагрузка — перемещение и о(е) рассматриваемого материала. Эти зависимости при трехточечном изгибе балки и растяжении близки к линейным вплоть до разрущения. Отсюда, а также по характеру разрущения можно сделать вывод, что цементированный карбид кремния является однородным идеально упругим хрупким материалом. Только более подробный анализ позволяет выявить основную роль больщой, но скрытой пластичности кобальта и односторонность однородной упругохрупкой модели. [c.13]

Теория наибольших нормальных деформаций Сен-Венана была распространена на анизотропные материалы в работах [17—19]. При этом предполагалось, что исчерпание несущей способности однонаправленного композита происходит тогда, когда любая из компонент деформации в направлении главных осей достигает предельного значения. Первоначальные формулировки предполагали линейность диаграмм деформирования материала слоя до разрушения, следовательно, жесткость и податливость слоистого композита в процессе нагружения оставалась неизменной. Дальнейшее совершенствование указанного подхода позволило учесть и нелинейность механических свойств композита [19]. [c.143]

Петит и Ваддоупс распространили традиционный подход теории наибольших деформаций, рассмотренный в разд. 4.1, на случай нелинейного поведения материала. Они предложили использовать кусочно линейную аппроксимацию диаграммы деформирования слоя. Согласно этому методу, рассматривается ступенчатое приложение средних напряжений к композиту. Среднее приращение деформации слоистого композита [c.150]

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]

Рис. 5.1. Примеры диаграмм напряжение — деформация, полученных для различных композитов а — эпоксидная смола, армированная стеклотканью с атласным переплетением б — гибридный композит, армированный в одном направлении углеродным волокном и стекловолокном (в качестве матрицы использована эпоксидная смола) в — алюминий, армированный в одном направлении борволокном, покрытым карбидом кремния г — композиция Ni—Nb , застывшая в одном направлении (кривая /), твердый раствор Nb в никеле Ni с весовым содержанием 0,5% (кривая 2) й — полимерный бетон с весовым содержанием песка 20%, СаСОз —40%-

В общем случае диаграмма растяжения однонаправленного волокнистого композита (рис. 7.3) должна состоять из трех основных участков [ - матрица и волокна деформируются упруго П - матрица переходит в упруго-пластическое состояние, волокна продолжают дефор.миро-ваться упруго III - оба компонента системы находятся в состоянии пластической деформации. В зависимости от свойств компонентов композита участки И и III на кривой могут отсутствовать. [c.83]

Наибольшее отличие диаграмм деформирования в условных и истинных напряжениях и деформациях наблюдается после образования шейки. Уменьшение условных напряжений за точкой С обусловлено интенсивным уменьшением сечения Р, что и объясняет повъш1ение истинных напряжений. Хрупкие разрушения или близкие к ним на участке ОА характерны для таких конструкционных материалов, как керамики, монокристальные усы, сверхтвердые материалы. Квазихрупкие разрушения наблюдаются у высокопрочных металлических материалов, композитов, конструкционных пластмасс. Вязкие разрушения имеют место при доведении до предельного состояния широко применяемых чистых металлов и их сплавов (на железной, никелевой, алюминиевой, титановой, медной основе). [c.136]

Для различных макрооднородных напряженно-деформированных состояний установлено, что при достаточной жесткости системы наг гружения процессы разрушения протекают в равновесном режиме, диаграмма деформирования не обрывается в наивысшей точке, а имеет ниспадающую ветвь. С уменьшением податливости нагружающей системы наблюдается рост предельных деформаций. Статистические характеристики прочности элементов структуры предопределяют паг раметры ниспадающей ветви, в частности, ее наклон. Площадь под равновесной диаграммой на закритической стадии деформйрования может рассматриваться как характеристика вязкости разрушения для композита. Исследован эффект разносопротивляемости, заключаю- [c.11]

Нелинейный характер зависимости между напряжениями и деформациями композиционных материалов может являться следствием не только пластического деформирования [329] и иметь место даже в случае линейно упругих компонентов [79, 84]. Это обусловлено тем, что полному (макроскопическому) разрушению изделий из композитов предшествует сложный процесс разрушения отдельных элементов структуры [380]. Изучение этого процесса важно не только для анализа условий образования мг1Кроскопической трещины, но и для исследования поведения материала под нагрузкой [332]. Проявления неупругих свойств композиционных материалов, вызванные полным или частичным разрушением отдельных элементов структуры, отмечены в работах [148, 333, 334] и др. В ряде случаев диаграмма деформирования не представляет собой плавную кривую — на ней появляются резкие разрывы и скачки [148, 346]. [c.19]

Ниспадающая ветвь графика деформационной зависимости при испытаниях металлических образцов является отражением, большей ча стью, равновесного прорастания магистральной трещины [120]. В oi> дельных случаях это справедливо и для композитов [349, 361]. Вместе с тем, если прочностные и деформационные свойства элементов структуры неоднородной среды существенно отличаются, что характерно для болыш1нства композиционных материалов, то формировал ния выраженной макротрещины может не происходить. Однако развитое дискретное рассеянное разрушение слабых элементов и в этом случае приводит к спаду на диаграмме [357]. Хаотичность включений обеспечивает последовательность возникновения зон разрушения в отдаленных друг от друга частях неоднородной среды, что создает преграду для локализации деформаций и позволяет с использованием вероятностных подходов определять связи между средним напряжением и средней деформацией [125]. Определенная структурная неоднородность обеспечивает преим]гщественный вид деформации, отличный от локализованного. В частности, для тел волокнистой структуры ниспадающий участок диаграммы возникает в результате последовзг тельного обрыва неравнопрочных волокон [124]. Характер процесса разрушения неоднородных сред существенно зависит от хаотичности в расположении и степени разброса свойств элементов структуры, поэтому статистические характеристики прочности этих элементов во многом предопределяют параметры ниспадающей ветви, в частности, ее наклон, который отражает склонность материала к хрупкому разрушению. [c.26]

Ниспадающая ветвь на диаграмме зависимости макронапряжений имеет место также при чистом формоизменении композита (paвнoв ликая двухосная деформация растягивающая в направлении оси х сжимающая вдоль оси у), проиллюстрированном на рис. 7.14. Разупрочнение композита вызвано процессом структурного разрушения. Пр этом обнаружено чередование постепенного и скачкообразного подрастания зоны разрушения при монотонном макродеформировании. [c.152]

В процессе охлаждения происходит ужесточение материала, о чем свидетельствует сравнение диаграмм поперечного сжатия а, — ц одних и тех же композитов при различных температурах (см. рис. 7.3). Диаграммы поперечного растяжения Ов — практически линейны, кроме тех случаев, когда применяются податливые связующие с большими предельными деформациями. Модуль упругости при растяжении поперек волокон 3 нелинейно возрастает с понижением температуры, особенно при температуре ниже температуры стеклования связующего. Зависимость прочности при поперечном отрыве Щ от температуры также характеризуется сущебтвенной нелинейностью, как и температурные коэффициенты линейного расширения материала в продольном а1 и поперечном 0 3 направлениях. Сопоставление температурной кинетики прочности и соответствующих -напряжений в изделии — основной вопрос изучения процесса охлаждения. [c.445]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...