Критическая длина волокна (длина

Критическая длина волокна (наименьшая длина, при которой волокно может действовать в композите), а также касательное напряжение на поверхности раздела волокна и пластической матрицы, характеризующее прочность связи волокна и матрицы, могут быть оценены по методике выдергивания одиночного волокна из материала матрицы. На рис, 68 показан образец, состоящий из диска матричного материала, в торец которого запрессовано одиночное волокно. Подрезая торец образца, можно создавать зоны сцепления волокна и матрицы различной длины h. Принципиальная схема испытательной установки показана на рис. 69. [c.160]

Независимо от уже имевшихся количественных оценок некоторые исследователи указывали, что свойства композитных материалов должны зависеть от того, насколько поверхности раздела отличаются по свойствам от матрицы и волокна. Купер и Келли [13], например, делят характеристики композитного материала на те, которые определяются в основном прочностью поверхности раздела при растяжении о , и те, которые определяются сдвиговой прочностью Тг. В числе характеристик, определяемых прочностью поверхности раздела при растяжении, авторы называют поперечную прочность, прочность на сжатие и сопротивление распространению трещины в процессе расслаивания при испытании на растяжение. К характеристикам, которые определяются в основном сдвиговой прочностью, относятся критическая длина волокна (длина передачи нагрузки), характер разрушения при вытягивании волокон и деформация матрицы в изломе. Теория Купера и Келли будет рассмотрена ниже. [c.19]

Критическая длина волокна, (длина передачи нагрузки) 141—145 [c.430]

Во-вторых, условия нагружения, возникающие в образцах с вытягиваемыми волокнами, несмотря на кажущееся сходство с условиями, существующими в реальных композитах с короткими волокнами, не идентичны последним. Это вызвано тем обстоятельством, что при испытаниях нагрузка прилагается непосредственно к волокну, а в композитах нагрузка всегда прилагается через матрицу. Если в образце для вытягивания длина заделанной части волокна очень велика, то указанное различие не имеет решающего значения, поскольку длина заделанной части достаточна для адекватного распределения нагрузки между волокном и матрицей. Однако во многих системах с металлической матрицей это невозможно из-за высокой прочности поверхности раздела, так как уже при малой глубине заделки достигается критическая длина волокна /кр- [c.72]

Критическая длина волокна, или длина передачи нагрузки, определяется выражением [c.142]

Методом гальванического осаждения были получены композиты с 12 об.% усов, удельная прочность которых достигала 8,64 км при 523 К- Воспроизводимость образцов была плохой, так как усы разрушались в процессе прессования, главным образом, за счет различия их размеров. Более того, при высоких температурах (- 1250 К) из-за очень слабой связи покрытия и усов прочность композитов падала примерно до 2,1 кГ/мм и при разрушении происходило выдергивание усов. Низкие прочностные свойства композита были обусловлены тем, что вследствие слабой связи критическая длина волокна, передающая нагрузку, значительно превышала длину находящихся в композите усов. Низкая прочность связи была вызвана нестабильностью покрытия, например, диффузией вольфрамового покрытия в Ni-матрицу при формировании связи. [c.345]

На рис. 5 представлен еще один пример распределения напряжений в композите. В этом случае вводится такое физическое понятие, как критическая длина волокна, которое является основным при создании теорий прогнозирования передачи нагрузки через поверхности раздела. [c.46]

Критическая длина волокна 1с связана с касательным напряжением на границе раздела xi зависимостью [c.100]

Если I больше h, это означает, что волокно достигло своего предельного напряжения н может проявиться эффект упрочнения. Величина h носит название предельной, или критической, длины волокна. Касательное напряжение, действующее на границе между волокном и матрицей, можно определить из соотношений [c.121]

Прочность границы может быть как выше, так и ниже прочности матрицы. Часть свойств композиционных материалов определяется прочностью границы раздела на отрыв (поперечная прочность, прочность на сжатие, вязкость), часть - прочностью границы на сдвиг (продольная прочность при растяжении композита, армированного короткими волокнами, критическая длина волокна и др,), [c.75]

Для композиционного материала с полимерной матрицей критическая длина волокна по экспериментальным данным составляет обычно не менее 50 его диаметров. По мере уменьшения длины волокон эффективность упрочнения падает до тех пор, пока длина волокон не станет меньше критической и разрушение будет контролироваться вытягиванием волокон. [c.87]

Критическая длина волокна пропорциональна напряжению разрушения волокна Стд. [c.260]

Если волокно будет выдергиваться из матрицы растягивающей нагрузкой, незначительно меньшей разрывного усилия, то должно быть равно половине критической длины волокна IJ2, так как при этом учитывается только один конец волокна, и критическое характеристическое отношение волокна Ujd равно [c.89]

Если критическая длина волокна велика, например, при малой прочности связи между волокном и матрицей, максимальная нагрузка на композиционный материал примерно равна максимальной нагрузке на несвязанный (сухой) пучок волокон. Эта нагрузка может быть определена путем испытания пучка волокон с целью определения предела прочности или путем испытания некоторого количества индивидуальных волокон и расчета максимальной нагрузки, которую выдержит группа волокон. [c.32]

Сопоставление выражений для Zp при чисто упругом деформировании компонентов (21) разд. 3 и (17) показывает, что перераспределение напряжений с течением времени характеризуется увеличением длины области передачи нагрузки или критической длины волокна / = 2Zp (рис. 29, б) и [c.84]

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]

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]

Z. Релаксация напряжения. Так как коэффициенты теплового сжатия волокон и смолы различны, то в процессе изготовления композитов на поверхности раздела возникают остаточные напря- женин. Эти напряжения могут быть сжимающими или растягивающими в радиальном по отношению к оси волокна направлении в зависимости от коэффициентов расширения волокна и смолы и объемного содержания волокна в композитах. Донер и Новак [32] установили, что для углепластика с относительным объемным содержанием наполнителя 55 об. % остаточные нормальные напряжения сжатия составляют от 0,21 до 1,75 кгс/мм , что приводит к увеличению прочности сцепления компонентов и в конечном счете к уменьшению критической длины волокна. [c.288]

Краевой угол смачивания см. Угол омачивания краевой Критическая длина волокна см. Длина критическая волокна Критическое поверхностное натяжение волокон см. Поверхностное натяжение критическое волокон [c.293]

Пз этого выражения следует, что критическая длина волокна возрастает пропорционально напряжению разрушения волокна 0в- Впервые упругопластическую задачу о распределении растягивающих и касательных напряжений решили Келли и Тайсон. [c.14]

Помимо изложенного для рассматриваемого случая известно упругопластическое решение Пиггота [5.20] и решение Хаяси [5.21], основанное на использовании анализа двумерного напряженного состояния. Исследованию упрочнения дискретными волокнами посвящено много работ, в которых определялись максимальные напряжения, действующие в волокне, касательные напряжения на поверхности раздела волокна и матрицы, критическая длина волокна, а также отношение [c.123]

Подобным образом было показано, что прочность композиционного материала в продольном направлении может быть существенно повышена за счет термической [62] и термомеханической обработок [80, 25, 26]. Следует указать также, что термообработка по режиму Тб повышает предел текучести и предел прочности матрицы, что, в свою очередь, может повлиять на прочность композиционного материала в продольном направлении, изменяя вклад в общую прочность матрицы, а также изменяя критическую длину волокна, передающую нагрузку, и способность матрицы распределять напряжения, возникающие около края разрушенного волокна. Такое сложное состояние, в совокушюсш с вероятностью потери прочности волокном в результате его взаимодействия с матрицей при повышенных температурах, может не вызвать никаких изменений или даже понизить продольную прочность композиционного материала в результате термообработки, как указывали Тоз [86], Христиан и Форест [22]. [c.459]

Характерно, что полученное выражение (8) аналогично по форме известной формуле А. Келли [65] (10) разд. 1, гл. 2 (см. рис. 18) для критической длины волокна или выражению, получаемому из модели Аутвортера [202]. Связано это с предположением о равномерном распределении касательных напряжений по длине исследуемого участка. Выражение (8) можно представить в виде [c.124]

При имитационном модехшровании /на ЭВМ композитов с хрупкими волокнами в первую очередь учитывается то обстоятельство, что волокна в композите могут разрушаться неоднократно, Анализ процессов перераспределения напряжений, динамических эффектов показал, что волокна могут разрушаться, дробиться как на отрезки, меньшие критической длины (в результате действия волн перегрузки), так и на отрезки значительно большие (при отслоении их от матрщы). Но, несмотря на разнообразие ситуаций, возникающих при разрывах волокон, основным механизмом включения в работу разрушившихся волокон является перераспределение напряжений между ними посредством сдвиговых де формаций и соответствующих им касательных напряжений матрицы В силу этого за элемент структуры композиционного материала прини мается отрезок волокна с окружающей его матрицей, длина которого равна удвоенной длине передачи нагрузки / (min)> рассчитанной в пред положении упругого деформирования компонентов (1) разд. 9, гл, 2 [c.145]

Дискретные модели композиционных материалов. Представления о критической длине волокна уже неоднократно применялись при по строении аналитических моделей разрушения композитов [163, 169] Но при построении дискретных моделей композитов предаолагаетжя что выделенный элемент структуры обладает идеальной прочностью и содержит локализованный дефектный участок, т,е. заранее задается место возможного разрушения волокна (рис. 11, а). [c.145]

Как уже отмечалось (см. разд. 2), статистическое распределение дефектов по интенсивности связывается с минимальной критической длиной волокна. В силу этого на отрезках волокон критической длины фиксиро-вшось только по одному дефектному участку. [c.177]

В отличие от плоской модели, когда имитируется перегрузка волокон только в моделируемом сечении, в объемной модели предполагается, что перегрузка волокон, соседних с отслоившимися, распространяется на всю длину отслоившихся участков (см. рис. 86). И если длина отслоения превышает критическую длину волокна то, таким образом, происходит взаимодействие отдельных слоев моделируемого композита. Перераспределение напряжений при разрьше волокон осуществлялось так же, как и в плоской модели но особенность объемной модели состоит в том, что в результате процессов отслоения перегруженными могут оказаться [c.178]

Дальнейшее развитие этих представлений привело С.Т. Милейко и Ф.Х. Сулейманова к разработке модели колебания консольно закрепленного композиционного (слоисто-волокнистого) стержня, в котором может происходить накопление повреждений либо в слоях матрицы, либо в волокнах, либо в обоих компонентах [111]. Стержень разбивается на параллелепипеды (прямоугольные в плоскости чертежа элементы) с высотой, равной толщине одного слоя, и длиной, равной некоторой критической (рис. 123), В данном случае среднее расстояние между трещинами в композите принимается за параметр, аналогичный критической длине волокна. [c.235]

Композиции с дискретными однонаправленными волокнами характеризуются наличием ориентированных в направлении оси растяжения волокон длиной где /с — критическая длина волокна, ниже которой матрица не способна передавать полностью нагрузку на волокно при I/ < 1с волокно остается недогруженным. Это обусловлено следующими причинами. [c.169]

Допустимая степень взаимодействия компонентов в системах третьего класса зависит от многих других характеристик композита. Одна из важнейших характеристик — сопротивление распространению каждого конца трещины в реакционной зоне, поскольку оно определяет величину раскрытия трещины, а следовательно, и создаваемую трещинами концентрацию напряжений. Согласно всем имеющимся данным, допустимая длина трещины в системе титан — бор увеличивается с ростом предела упругости титановой матрицы. Однако если волокно не абсолютно упруго, а обладает определенной пластичностью, то критическая длина трещины может быть много больше. Значит, много больше может быть и толщина реакционной зоны. Соответствующий пример, относящийся к системе псевдопервого класса, имеется в работе Джонса [23], который исследовал композиты алюминиевый сплав 2024 — нержавеющая сталь. Хотя на большинстве образцов взаимодействия не наблюдалось, в нескольких случаях на малоугловом шлифе была обнаружена третья фаза вокруг волокон. Один из таких образцов, где хорошо видна образующаяся при реакции фаза, изображен на рис. 5. Фазу пересекают многочисленные, регулярно располо- [c.22]

Простейший анализ таких композитов провели Келли и Тайсон [33], а также Кокс [13]. В обеих работах предполагалось, что передача напряжений от матрицы через волокно описывается простой моделью запаздывания сдвига. Согласно этой модели, нагрузка на волокно передается лишь за счет возникновения напряжений сдвига на поверхности раздела волокно — матрица. Влиянием соседних волокон, концов рассматриваемого и последующего волокон и влиянием сложного напряженного состояния пренебрегают. Этот простой подход (рис. 12) позволяет сделать элементарные механические расчеты ряда важных характеристик композитов с короткими волокнами. Авторы работ [13, 33], показали, что существует длина передачи нагрузки (минимальная длина короткого волокна, начиная с которой оно нагружается до того же уровня, что и бесконечно длинное волокно), и развили соответствующую концепцию критической длины волокна. Кроме того, они рассчитали распределение напряжений сдвига на поверхности раздела в окрестности конца волокна (рис. 13). [c.60]

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]

Несмотря на идеализированный характер модели Купера и Келли [6], приведенные уравнения выявляют важную роль статистического распределения прочности волокон. Если волокна бездефектны, т. е. а = а, работа их разрушения равна нулю она растет, достигая максимума, когда а равна нулю (т. е. для коротких волокон) и когда критическая длина lap равна d. Авторы показали, что при этих условиях работа разрушения волокна уменьшается до значений, полученных Коттреллом [7] для вязкости разрушения композитов, армированных волокнами длиной /кр, по механизму в1ытягивания волокон. [c.144]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...