Напряжения на поверхности раздела

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]

Напряжения на поверхности раздела в точках матрицы по казаны на рис. 4—6 для отдельных значений и у 1, т. е. для [c.76]

Ни один из упомянутых выше эффектов, связанных с наличием поперечных напряжений на поверхности раздела волокно — матрица, не следует из широко используемого правила смеси, которое предполагает отсутствие поперечных напряжений. Действительно, эта простая модель подразумевает, что матрица и волокно не связаны (наличие определенной связи привело бы к рассмотренному выше механическому взаимодействию и возникновению поперечных напряжений). Хилл [28] показал, что правило смеси дает нижние предельные значения свойств композитов в направлении [c.54]

Однако при продольном нагружении напряжения на поверхности раздела меньше, чем при поперечном нагружении (рассматриваемом в разд. II, Б). Значит, прочность композита при продольном нагружении должна быть относительно нечувствительна к прочности связи на поверхности раздела (если связь достаточно прочна, чтобы передавать нагрузку от матрицы к волокнам). Это, как правило, и наблюдается, если не вмешиваются другие факторы [53]. [c.55]

Решения были получены для двух основных типов расположения волокон — квадратного и гексагонального (рис. 3). Показано, что прочность композита (рис. 8) и напряжения на поверхности раздела (рис. 9) для этих типов расположения различаются слабо. Было исследовано и случайное расположение волокон [3, 52] в этом случае свойства композита принимают значения, промежуточные между значениями, отвечающими двум упомянутым выше типам регулярного расположения. [c.56]

Напряжения на поверхности раздела вокруг волокна при поперечном растяжении композита заметно меняются. Пример таких изменений для случая композита А1 — 50 об. /о В с квадратным расположением волокон приведен на рис. 10. Следует отметить, что наибольшее значение на поверхности раздела принимают нор- [c.56]

Адамс [1] и Райт [55] изучали влияние пластического течения матрицы на -поведение композита при поперечном нагружении. На рис. 10 величина напряжений на поверхности раздела соответствует случаю, когда приложенная к композиту нагрузка в 2,9 раза превышает нагрузку, при которой начинается пластическое течение в матрице (для алюминиевой матрицы в состоянии деформационного упрочнения напряжение начала пластического течения составляет 380 кГ/ом ). В таких условиях пластическое течение охватывает почти весь объем матрицы, и область поверхности раздела в интервале углов О—80° оказывается в определенной мере пластически деформированной. Несмотря на это, рас- [c.57]

Рис. 9. Максимальный коэффициент концентрации нормальных напряжений на поверхности раздела при поперечном нагружении композита в упругой области. Квадратное расположение волокон 0 ц/ = 120 [21], / =20 [21], X EJE =2Q [2], ф Е /Е — д [21 гексагональное расположение волокон А / =20 [21 Г.

Далее, в условиях поперечного нагружения композитов максимальные напряжения на поверхности раздела являются величинами того же порядка, что и приложенная нагрузка, тогда как в случае продольного нагружения они несколько меньше приложенной нагрузки. Строго говоря, величина напряжений на поверхности раздела слабо зависит от расположения и объемной доли волокон и от состава компонентов композита (рис. 9). Если объемная доля волокон ниже 50%, то она практически не влияет на коэффициент концентрации напряжений. [c.59]

Более того, усовершенствованные методы позволяют изучать представляющие больший практический интерес случаи, когда непрерывные волокна находятся рядом с концами коротких волокон. Соответствующие исследования [47] показали, что с уменьшением расстояния между рядами волокон (с ростом объемной доли волокон Ув [6, 30, 40]) концентрация напряжений на поверхности раздела существенно снижается, так как растет доля осевой нагрузки, которая может локально передаваться соседними волокнами. Из-за концентрации напряжений на соседних волокнах разрушение путем вытягивания волокон становится менее вероятным, а разрушение путем излома волокон — более вероятным. Если конец волокна связан с матрицей, то значительная часть нагрузки, как правило, передается также концом волокна [11, 30, 47]. Далее, доля нагрузки, передаваемой концом волокна, растет с уменьшением зазора между концами соседних волокон [c.62]

Показано [30, 31], что в окрестности нарушения непрерывности волокна нормальные напряжения на поверхности раздела этого волокна, а также соседних с ними волокон достигают значительней величины. Эти нормальные напряжения обусловлены локальным сжатием крайне напряженной области матрицы у конца короткого волокна. Рис. 14 и 15 характеризуют типичные значения этих напряжений, хотя при уменьшении зазора между концами волокон они могут быть несколько ниже, а в условиях пластического течения — заметно выше. Последний эффект связан с увеличением сжимаемости материала матрицы на начальной стадии пластического течения. [c.63]

Нормальные напряжения на поверхностях раздела являются растягивающими для соседних волокон и сжимающими для одного короткого волокна. Дополнительное сжатие поверхности раздела короткого волокна может оказаться желательным, поскольку оно улучшает передачу сдвиговых напряжений за счет трения, даже если связь уже полностью нарушена. [c.63]

Рис. Г5. Изменение радиальных напряжений на поверхности раздела по длине изолированного короткого волокна.

III. Природа и роль остаточных напряжений на поверхностях раздела композита [c.65]

В их исследовании термические радиальные напряжения на поверхности раздела оказались сжимающими и росли с ростом температуры полимеризации. Эти сжимающие остаточные напряжения компенсируют растягивающие радиальные напряжения,, возникающие на поверхности раздела при последующем сжатии образца. Поэтому прочность поверхности раздела растет с ростом температур термической обработки. Однако, если интервал температур при охлаждении слишком велик, у концов волокна развиваются дополнительные термические напряжения сдвига. Они приводят к преждевременному разрушению образца у конца волокна, так что прочность связи уменьшается, если температура термической обработки превышает оптимальную. [c.74]

Метод конечных элементов применял и Адамс [1] он использовал метод модуля сдвига для определения напряженного состояния композита при поперечном растяжении. Рассматривались напряжения, отвечающие интервалу от предела упругости до разрушения одной из составляющих композита, при квадратном и прямоугольном расположениях волокон предполагалось, что разрушение матрицы происходит тогда, когда напряжения в композите достигают предела прочности материала матрицы. По оценке Адамса, в композите А1—34% В с прямоугольным расположением волокон первой должна разрушаться матрица на участках минимального расстояния между волокнами. Разрушение по расчету должно происходить при поперечном нагружении композита напряжением 17,2 кГ/мм (что много меньше предела прочности материала матрицы, составляющего более 23,1 кГ/мм ). Однако в эксперименте композит разрушался путем расщепления волокон. Предсказать такой характер разрушения не представлялось возможным, так как, хотя напряжения на поверхности раздела и в волокнах были рассчитаны, прочность этих элементов при поперечном растяжении неизвестна. Автор совершенствует эту модель с целью описать процессы распространения трещины и полного разрушения композита. Вообще говоря, если известны механические свойства поверхности раздела матрицы и волокон, эта модель позволяет предсказать как разрушение по поверхности раздела, так и другие типы разрушения. [c.193]

В гл. 2 указывалось, что в условиях поперечного нагружения растягивающие напряжения на поверхности раздела будут, во- [c.196]

Правлению волокон, то условия разрушения могут быть ближе к случаю равных напряжений, чем к случаю равных деформаций, который предполагали Купер и Келли. Значит, в качестве первого приближения необходимо рассматривать также и условия равных напряжений, даже если реальная ситуация много сложнее. В этой связи отметим, что, согласно рассмотренным в гл. 2 моделям механического взаимодействия, максимальные напряжения на поверхности раздела примерно равны напряжениям, приложенным к композиту, и лишь слабо зависят от объемной доли волокон, и их расположения. Предположение о равных напряжениях равносильно определению Oj как величины поперечных напряжений, приложение которых к композиту необходимо для разрушения по поверхности раздела. Поэтому на рис. 1, а в области, где a, =f(Oi). прочность композита равна Oi и не зависит от Ув-Значит, сг /сгм= аг/(т,.1 соответствующие результаты приведены на рис. 7, б. [c.198]

Ориентированные эвтектические композиты 13, 47 Остаточные напряжения на поверхности раздела деформационные 68, 69 ------и прочность при растяжении 68 [c.432]

Поляризационно-оптическим методом исследовались напряжения на поверхности раздела между стеклянными волокнами мало- [c.18]

Однако было показано, что содержание силана в аппрете слишком мало для релаксации напряжений на поверхности раздела. Учитывая это обстоятельство, Эриксон и др. [14, 15] предложили теорию предпочтительной адсорбции, которая представляет собой видоизмененную теорию деформируемого слоя. [c.36]

VI. Методы расчета напряжений на поверхности раздела [c.42]

В случае композита с упругой матрицей касательное напряжение на поверхности раздела быстро возрастает до максимального значения у конца волокна и резко падает при удалении от него. [c.45]

Л — схема деформации модели композита б — распределение напряжений на поверхности раздела в упругой матрице в — распределение напряжений на поверхности раздела в пластичной матрице — касательное напряжение на межфазной границе а — напряже- [c.47]

Все напряжения на поверхности раздела имеют примерно одинаковую величину, что указывает на состояние гидростатического напряжения в данной точке поверхности раздела. [c.59]

На рис. 21 дана модель, которая используется при различных аналитических методах расчета, а на рис. 22 приведены данные разных авторов о распределении сдвигового напряжения на поверхности раздела для единичного волокна, заключенного в матрицу. Величина напряжения дана как функция диаметра волокон. Максимальная концентрация напряжений (в пределах от 2,5 до 4,0) создается у концов волокна и в значительной степени зависит от выбранных граничных условий. [c.61]

Массоперенос в режиме восходящего прямоточного течения. В высокопроизводительных высокоскоростных массообменных аппаратах массоперенос в пленку жидкости осуществляется в интенсивных гидродинамических режимах. Пленка жидкости при значительных касательных напряжениях на поверхности раздела фаз поднимается вверх. Происходит движение пленки жидкости в спутном потоке газа. За счет интенсивного взаимодействия газа массоперенос значительно ускоряется. Коэф-фиг(иент массопереноса зависит от режимных параметров обеих фаз. Вопрос о механизме ускорения массопередачи до настоящего времени остается откр(.1тым, хотя известна гипотеза, объясняющая ускорение влиянием газового потока на волновые характеристики, имеющие в снутном потоке характер случайных величин [1, 44, 45 . [c.29]

Отношение максимальных растя-гиваюших напряжений на поверхности раздела матрица — фаза при растяжении (2.90) и сжатии (2.92) составляет 9,2. [c.83]

Рис. 6. Касательное напряжение на поверхности раздела фаз в слоистой среде при воздействии поперечной нагрузки (по Вёлькеру и Ахенбаху [76]). Штрих-пунктирная кривая соответствует теории эффективных модулей сплошная — численному интегрированию штриховая — методу стационарной фазы.

В настоящей главе была сделана попытка дать сводку результатов, полученных в различных экспериментальных и теоретических работах по волнам и колебаниям, возникающим в направленно армированных композитах, для случая малых деформаций и линейных определяющих уравнений. Эта попытка представляется своевременной, так как за последние годы достигнуты значительные успехи в понимании особенностей линейного динамического поведения композиционных материалов. Линейная теория с ее точными результатами для слоистой среды и различными хорошо обоснованными приближенными подходами к описанию как слоистых, так и волокнистых композитов в настоящее время близка к полному завершению. Этот объем теоретических сведений дополняется экспериментальной проверкой результатов, относящихся к распространению сину-соида льных волн и импульсных возмущений. Следует отметить, однако, что необходимость проведения дальнейших экспериментальных исследований все еще остается важной. Многое еще предстоит сделать и в решении задач с нестационарными волнами, в особенности в определении локальных значений полевых переменных, таких, как напряжения на поверхности раздела фаз и динамическая концентрация напряжений. [c.388]

Эта модель не только точно описывает кривую напряжение — деформация при нагружении композита в направлении волокон,, но также демонстрирует рост напряжений на поверхности раздела вследствие пластического течения. Как уже отмечалось выше, напряжения на поверхности раздела существенно зависят от различия коэффициентов Пуассона. С началом пластического течения матрицы ее эффективный коэффициент Пуассона начинает увеличиваться от значений, присущих упругой области, до 0,5 — идеального значения коэффициента Пуассона в пластической области. В результате различие коэффициентов Пуассона волокна и матрицы возрастает, так как у материала волокна коэффициент Пуассона, как правило, меньше. Таким образом, величина напряжений на поверхности раздела растет довольно быстро с развитием лластического течения. [c.53]

Если волокна пластичны, то поперечные напряжения на поверхности раздела между волокном и матрицей могут даже более заметно влиять на разрушение композита, поскольку при напряжениях, соответствующих образованию шейки и разрушению изолированных волокон, шейкообразован ие в волокнах композита стеснено. Естественно, такое влияние уменьшается с увеличением содержания волокон, так как матрица, объемное содержание которой уменьшается, менее эффективно тормозит развитие шейки. Этот эффект, обнаруженный Пилером [48] в системе серебро— сталь, наблюдали также Милейко [45] при повышенных температурах в Ni — W и Келли и Тайсон [34] —в Си — Мо и Си — W. [c.54]

Снимок б — увеличенная часть снимка а, обведеш1ая рамкой. Рас1юложеч1Йе овластей отрыва коррелирует с величиной растягивающих радиальных напряжений на поверхности раздела (рис. 10). [c.59]

Методы конечных элементов являются более общими, и поэтому рассчитанное с их помощью распределение напряжений на поверхности раздела по длине изолированного короткого волокна (случай, рассмотренный Келли и Тайсоном, а также Коксом) находится в хорошем согласии с экспериментальными данными. Рис. 13 показывает, что у конца волокна существует дополнительная концентрация напряжений, обусловленная формой конца волокна метод запаздывания сдвига этой концентрации напряжений не учитывает. [c.62]

Рис. 14. Изменение радиальных напряжений на поверхности раздела непрерывного волокна при р азрыве соседнего волокна.

Высокий уровень остаточных напряжений на поверхности раздела волокно — матрица может сильно влиять на по ведение поверхности раздела, а также и композита в целом. Выше было показано, что остаточные напряжения в композитах могут быть и растягивающими, и сжимающими поэтому связь на поверхности раздела может казаться более слабой (в случае растягивающих напряжений) или более прочной (в случае сжимающих напряжений), чем в действительности. Остаточные напряжения сдвига, возникающие у разры вов волокну, также могут осложнять проблему, что и наблюдалось в стеклопластиках [10]. [c.68]

В данной главе раосматривается механизм передачи нагрузк>1 от матрицы к волокну через поверхность раздела и тем самым влияние поверхности раздела на структурную целостность композита. В Частности, анализируется влияние адгезии на прочность композитов и морфологию поверхности разрушения рассматриваются адгезионная прочность, методы измерения и расчета напряжений на поверхности раздела, остаточные напряжения и зависимость адгезии на поверхности раздела от режима нагружения композита, а также от наличия в нем пор и размеров волокон. Обсуждается возможность получения композитов с заданными адгезионными свойствами. Чтобы отразить общие тенденции и подчеркнуть наиболее важные моменты, многие из этих зависимостей иллюстрируются графически. Теоретическое рассмотрение указанных вопросов сопровождается соответствующими экспериментальными данными. [c.44]

Рис. 23. Зависимость маисимальной концентрации касательных напряжений на поверхности раздела при растяжении эпоксидных композитов от объемного содержания волокна [15].

На рис. 24 приведены результаты поляризационно-оптического метода исследования напряжений в волокнистой -модели [48, 49] с квадратичным расположением волокон. Напряжения даны на графике как функция радиального расстояния от исходной точки, расположенной посредине между волокнами (эта точка схематически показана на рисунке). Из рис. 24 видно, что радиальные остаточные напряжения являются напряжениями сжатия и минимальны на поверхности раздела. Напротив, окружные напряжения— напряжения растяжения и максимальны в плоскости, находящейся посредине расстояния между волокнами, и минимальны на поверхности раздела. Продольные напряжения растяжения остаются почти постоянными в пространстве между волокнами. Этот результат особенно важен, так как при упрощенных микро-механических анализах исходят из того, что величина продольного остаточного напряжения в матрице постоянна. В боропласти-ках остаточные радиальные напряжения на поверхности раздела [c.65]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...