Напряжения на поверхности раздела при поперечном нагружении

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.

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]

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]

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]

Согласно определению Купера и Келли, прочность поверхности раздела at — это величина растягивающих напряжений, которые необходимы для отделения волокна от матрицы при поперечном нагружении. Однако для широко распространенного типа разрушения путем расщепления волокон (ав<иг) данное определение следует обобщить так, чтобы оно распространялось и на величину Ов, т. е. на напряжения, при которых происходит расщепление волокон. [c.196]

Качество адгезии на поверхности раздела зависит от режима нагружения композита. Влияние поперечной нагрузки было показано ранее. В данном разделе рассматривается влияние продольной нагрузки. Аналитические зависимости при разном нагружении даны для композита с гексагональным расположением волокон (рис. 21 и 25). Обсуждаемые результаты относятся к изотропным материалам и рассчитаны для дуги от 0 до 30° (рис. 25). Распределение напряжений по этой дуге полностью характеризует напряженное состояние вокруг волокна. [c.69]

ЦИКЛОВ С использованием соответственно пересчитанных механических характеристик материала. Предположим, что рассматриваемый слоистый композит содержит начальную поперечную сквозную трещину длиной 2а. Тогда первые несколько циклов нагружения при заданных отношениях напряжений и амплитуды максимального напряжения не приведут к существенным изменениям напряженного состояния у кончика трещины. Последующее длительное воздействие циклической нагрузки вызовет изменения в матрице, волокнах и поверхности раздела. Этот процесс описывается уравнениями (2.6), (2.7). Наступает момент, когда характеристики жесткости и прочности композита изменяются настолько, что появляется возможность распространения трещины в наиравлении нагружения, как показано на рис. 2.27. Вначале рост трещины устойчив — это было показано ранее. Следовательно, геометрия образовавшейся трещины такова, что материал еще может безопасно подвергаться дальнейшему нагружению. При этом продолжается уменьшение модулей упругости и прочности, что, вероятно, вызывает ускорение роста трещины. В конечном итоге после многократного повторения циклов нагружения свойства материала ухудшаются настолько, что при амплитудном значении напряжения трещина прорастает катастрофически и наступает усталостное разрушение. Однако следует иметь в виду, что в результате действия механизмов, тормозящих разрушение, как в случае слоистого композита со схемой армирования [0°/90°] , усталостное испытание может закончиться разрушением образца вследствие падения его прочностных свойств. В процессе усталостного нагружения могут, кроме указанного, проявиться и другие механизмы разрушения, такие, как разрушение волокон в окрестности кончика трещины из-за высокой концентрации напряжений. За этим может последовать распространение поперечной трещины, как показано на рис. 2.31, или межслойное разрушение (расслоение) вблизи надреза (рис. 2.16), или вдоль свободных кромок образца (рис. 2.17). В любом из этих случаев развитие процесса разрушения поддается предсказанию. Получив количественную оценку протяженности области разрушения (определяемой как а или а), можно установить соотношения da/dN или da/dN и сравнить их с экспериментальными данными. [c.90]

Особенно полезны различные аналоговые методы. Эти методы основаны на том факте, что в некоторых случаях задача теории упругости математически эквивалентна задаче другого раздела физики, в котором требуемые величины могут быть легко измерены. Уже было упомянуто о гидродинамической аналогии, с помощью которой Дж. Лармор определил концентрацию напряжения в скручиваемом валу, вызванную малым круглым отверстием. Очень важная аналогия была развита Л. Прандтлем ). Он показал, что задача кручения эквивалентна определению поверхности прогибов равномерно растянутой и равномерно нагруженной мембраны, имеющей такую же форму, как и поперечное сечение скручиваемого вала. Используя мыльную пленку как мембрану и замеряя оптическим путем максимальный наклон поверхности прогибов, вызванный равномерным давлением газа, можно легко получить максимальное напряжение при кручении. В дальнейшем метод мембранной аналогии был развит Г. Тейлором ) и применен к исследованию напряжений при кручении валов со сложной формой поперечного сечения. Кроме того, таким же образом была изучена концентрация напряжения в круглых валах со шпоночными канавками. [c.669]

Шток элементарен по форме, но условия его работы чрезвычайно сложны, а поломка - частое явление в кузнечных цехах. Почти все исследователи указывают, что штоки ломаются заподлицо с бабой или в ее конусе. Это обусловливается характером напряженного состояния металла штока в месте поломок продольными напряжениями от действия массовых сил при резком торможении падающих частей, напряжениями изгиба вследствие разворота бабы при эксцентричном ударе и постоянно действующими поперечными напряжениями сжатия от посадки штока с натягом. При осмотре места излома обнаруживается усталостный характер разрушения внешняя кольцевая темная поверхность свидетельствует о появлении поперечной усталостной трещины, а блестящая шероховатая внутренняя часть -об остаточном межкристаллическом изломе. Факторы, определяющие прочность и стойкость штока, можно разделить на две категории свойства металла, из которого изготовлен шток, и условия нагружения штока. [c.379]

Можно ожидать, что разрушение по поверхности раздела легче происходит при определенных условиях нагружения. Обычно механические испытания композитов начинают с продольного растяжения, но такие условия испытания могут не быть наиболее чувствительными к свойствам поверхности раздела. Под действием продольных напряжений передача нагрузок между волокном и матрицей может осуществляться на больших длинах, и поэтому напряжения сдвига на поверхности раздела могут быть невелики. С другой стороны, поперечное нагружение неблагоприятно для передачи нагрузки по длине волокна, и условия нагружения поверхности раздела в этом случае могут быть более жесткими. Приложение к композиту внеосных напряжений может создать еще более жесткое напряженное состояние на поверхности разде--ла оно зависит от относительной прочности поверхности раздела [c.24]

По условиям растягивающего нагружения в направлении расположения упрочнителя нормальные напряжения возникают на поверхности раздела лишь из-за поперечного сжатия. Однако раз-рушание по (поверхности раздела в этих условиях является вторичным аффектом. Имеется в виду, что растягивающие напряжения, нормальные к поверхности волокна, достигают предела прочности поверхности раздела лишь после значительного сжатия, например такого, которое происходит, если в волокне начинает образовываться шейка. Джонс, [13] и другие исследователи на- блюдали разрушение композитов алюминий — нержавеющая сталь по поверхности раздела в тех случаях, когда волокна отслаивались от матрицы при образовании шейки. Согласно Веннету и др. [c.141]

Для решения этих уравнений и определения зависимости Г7к= =/(0) необходимы экспериментальные значения продольной, поперечной и сдвиговой прочности композита при сжатии и растяжении. Теория не предполагает определенного механизма разрушения влияние поверхности раздела на прочность при внеосном растяжении может быть учтено лишь косвенно — с помощью экспериментальных данных для О и 90°, а форма кривой при значениях углов, близких к 45°, определяется в основном сдвиговой прочностью композита и величиной недиагональных членов тензора Fij. Цай и By показали, что с теорией хорошо согласуются экспериментальные данные по прочности однонаправленных углепластиков при внеосном нагружении, но для других композитов или более сложных видов напряженного состояния теория не проверялась., , [c.191]

В работе [11] показано, что трансверсальное растрескивание заметно влияет на поведение стекло-эпоксидного слоистого композита S-2/934 ( 30 /90 ) . Причина выбора именно этой укладки состояла в том, что экспериментально определенная деформация в начале расслоения составляла примерно 1/3 расчетной в случае растяжения и хорошо совпадала с ней при нагружении сжатием. При сжатии этот слоистый композит расслаивался под действием по поверхностям раздела 30°/-30°. На ранних стадиях расслоения при растяжении между трансверсальными трещинами образовывался ряд изолированных областей расслоения в срединной плоскости или внутри пакета слоев 90°. В отличие от графито-эпоксидного композита расслоение по поверхности раздела -30°/90° не было обнаружено. На рис. 3.42 приведена типичная микрофотография, показывающая расслоение. Полученный результат указывает, что причиной расслоения было а , поскольку другие компоненты межслойного напряжения в срединной плоскости равны нулю. Осевая и поперечная деформации, представленные на рис. 3.43, определены методом, описанным в [c.176]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...