Пластическое течение матрицы

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]

Нежелательное влияние термических остаточных напряжений на механические свойства композита в целом (но не обязательно й на свойства поверхности раздела) может быть уменьшено, если перераспределить остаточные напряжения, осуществляя механическую деформацию в пластической области. Предварительное растяжение композита в направлении волокон часто значительно улучшает свойства при последующих испытаниях [20]. Показано, что этот эффект связан с уменьшением абсолютной величины остаточных напряжений в композитах, а не с деформационным упрочнением при предварительном растяжении. Знак дополнительной составляющей остаточных напряжений, создаваемых при нагружении в области пластического течения матрицы и последующем разгружении, противоположен знаку остаточных напряжений, возникающих при охлаждении, поэтому общее напряженное состояние становится менее жестким. [c.68]

Теории зоны взаимодействия основаны на представлениях о концентрации упругих напряжений, возникающей у концов трещин в реакционной зоне. Пластическое течение матрицы или волокна существенно изменяет напряженное состояние. [c.152]

Пластическое течение матрицы 53 --- влияние на остаточное напряжение 66 [c.432]

Другим важным отличительным признаком этого процесса является то, что процесс получения композиционного материала обычно связан с пластическим течением матрицы, необходимым для заполнения пространства между элементами упрочнителя, происходящим обычно в замкнутом объеме и имеющем небольшую величину. При соединении деталей диффузионным методом пластическая деформация отсутствует. [c.118]

В общем случае, в отсутствие пластического течения матрицы, эффективный коэффициент линейного расширения в направлении волокон может быть рассчитан из соотношения [c.224]

Tq — напряжение пластического течения матрицы без препятствий, q — радиус частицы Г =(2/3) / Г0 Т — линейное натяжение С — размерное несоответствие. Другие обозначения указаны в тексте. [c.123]

Свойства в поперечном направлении и напряжения сдвига для композиционных материалов, армированных волокнами, значительно менее чувствительны к поведению матрицы, чем свойства в продольном направлении. Для композиционных материалов с пластичной металлической матрицей, армированной высокопрочными хрупкими волокнами, текучесть и пластическое течение матрицы являются основными свойствами, определяющими поведение композиции. Однако волокна вызывают значительное повышение модуля упругости композиционного материала, обычно в 2 раза для композиции бор — алюминий (50 об. % волокон бора, расположенных под углом 90° к оси армирования). Примерно так же увеличивается модуль сдвига. Поведение композиций с металлической матрицей, нагруженных в направлении, не соответствующем направлению армирования, рассмотрено в разделе IV, В. [c.25]

Высокий модуль упругости. Это свойство важно для металлических матриц в связи с тем, что волокно будет принимать на себя нагрузку без интенсивного пластического течения матрицы. Относительно низкий модуль упругости стеклянных волокон обусловливает их значительно меньшую эффективность по сравнению с некоторыми другими волокнами, используемыми для армирования металлических матриц. [c.36]

Высокая прочность волокнистых материалов связана с использованием пластического течения матрицы и нагружением всех волокон композиции. Такие материалы должны обладать высокой термической стойкостью. Основные закономерности поведения металлических материалов с непрерывными волокнами были установлены на композиции медь—вольфрам. Первые опыты применения волокнистых композиционных материалов для электродов контактных машин не дали пока удовлетворительных результатов. По-видимому, это было связано с недостаточно удовлетворительным качеством материалов и отработанной технологией их изготовления, представляющей еще много принципиальных и технологических трудностей. Однако ожидаемые преимущества от использования таких материалов в недалеком будущем несомненно приведут к интенсивным научным поискам и созданию стойких материалов на основе высокопрочных волокон. [c.27]

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВОЙНИКОВ С ДРУГИМИ ДЕФЕКТАМИ. РОЛЬ ДВОЙНИКОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПЛАСТИЧЕСКОГО ТЕЧЕНИЯ. Двойникование вызывает значительные локальные деформации в самом двойнике (см. табл. 6), в окружающей его матрице и особенно вблизи препятствий, с которыми двойник сталкивается. Эти деформации сильно влияют на характер упрочнения и разрушения металлов. [c.145]

Во всех представленных здесь примерах первый шаг приращения нагрузки (дх = 8098 фунт/дюйм на рис. 7) соответствует началу пластического течения. Впервые предел текучести в матрице достигается на средней линии между волокнами в точке с отметкой 1,0. Так как приложенная нагрузка все время возрастает, зона текучести распространяется до поверхности раздела матрица — волокно. Как показано на рисунке, на шаге № 10, т. е. при наибольшей нагрузке (рис. 7, г) возникает дополнительная зона пластичности, распространяющаяся в материале матрицы между расположенными друг под другом волокнами. [c.230]

Соответствующее изменение распределения напряжений в композите показано на рис. 6, характеризующем зависимость внутренних напряжений от степени деформации композита. Пока композит находится в упругой области, поперечные напряжения очень малы по сравнению с осевыми, но с развитием пластического течения они быстро растут, достигая 40% величины осевых напряжений в матрице. [c.53]

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]

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]

Обращенная к матрице вершина трещины испытывает поддержку (сопротивление) матрицы, величина которой зависит от модуля упругости и предела пропорциональности материала матрицы. Если в матрице происходит пластическое течение, эта поддержка исчезает, что усиливает эффект концентрации напряжений В вершине трещины, обращенной к матрице. Теория учитывает эти явления лишь значением постоянной В в уравнении (8). Тем не менее влияние сопротивления матрицы росту трещины было установлено экспериментально соответствующие результаты будут-приведены ниже. [c.153]

Влияние прочности поверхности раздела на поперечную прочность композита рассматривали Купер и Келли [5] они получили верхнее и нижнее предельные значения для случаев слабой и прочной поверхностей раздела. За нижнее предельное значение они тоже принимали прочность матрицы, в которой волокна заменены отверстиями. Если матрица стеснена и пластическое течение уменьшает концентрацию напряжений, то это условие выпол- [c.194]

При вязком разрушении металлов, имеющих поры или включения, процесс разрушения включает процесс пластического порообразования, который сопровождается ростом пор при пластическом деформировании под действием трехосного напряженного состояния, пока не произойдет разрыв по сечению с концентрацией пор вьппе средней величины (простое изложение феноменологии вязкого разрушения можно найти в [22]). В металлах, не содержащих начальные поры, пустоты образуются в результате расслоения по границе включение — матрица или разрушения включения при пластическом течении податливой матрицы относительно слабо деформируемого включения [3]. [c.174]

Для проверки критерия разрушения необходима независимая оценка членов правой части неравенства. Оценка энергий адгезии и когезии будет рассмотрена ниже. Определение необратимой диссипации для композитов затруднено в определенной степени в связи с дальнейшей детализацией. Например, диссипация может быть вызвана локальным расслоением, пластическим течением в матрице, потерями, связанными с трением при вытаскивании волокон, растрескиванием в случае полимерной матрицы и многим другим. [c.226]

Так как в большинстве усталостных испытаний амплитуды циклических деформаций меньше 1%, мы считаем, что упругое поведение, предсказанное в табл. III, будет наблюдаться в случае малых пластических деформаций. Как правило, растущее пластическое разрушение будет иметь место только в относительно малой области перед концом трещины, в особенности для усталости в области больших чисел циклов (которая для металлов обычно определяется как область, где усталостная долговечность превосходит приближенно 10 циклов). Разумно также, может быть, рассматривать результат пластического течения в металлической матрице просто как возрастание эффективного отношения модулей волокна и матрицы. [c.418]

Эберт и др. [17], Хекер и др. [27] и Хэмилтон и др. [26] на модели коаксиальных цилиндров, развитой Эбертом и Гэддом, исследовали эффекты механического взаимодействия в областа пластического течения матрицы (и волокна). Для учета распрО странения пластического течения по внешней оболочке, моделирующей матрицу (случай композитов с малым содержанием волокон), была разработана многокольцевая модель, позволяющая анализировать влияние деформационного упрочнения материалов волокна и матрицы. [c.53]

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]

Для большинства жестких наполнителей в тех случаях, к /дз поверхность раздела прочна, вязкость разрушения уменьшается с ростом их объемной доли увеличение объемной доли напглнителя сопровождается усилением стеснения и пластического течения матрицы. В широко исследованной системе кобальт — карбид вольфрама стеснение матрицы при 80 об.% упрочнителя достаточно велико, чтобы не происходило ее заметного пластического течения поэтому разрушение происходит почти исключительно путем связывания трещиной в матрице смежных разрушенных карбидных частиц. В этой ситуации прочность при разрушении существенно зависит от тех же статистических функций, которые описывают разрушение волокнистых композитов если довольно много частиц разрушено, то несущая способность остальных частиц оказывается недостаточной и композит будет разрушаться. При меньшей объемной доле упрочнителя более значительную роль играют характеристики матрицы [48]. [c.303]

Если модуль упрочнителя меньше модуля матрицы, то прочная связь между упрочнителем и матрицей может повысить вязкость-разрушения. Мак-Гэрри и Уиллнер [26], а также Салтэн и Мак-Гэрри [46] детально обсудили возможные механизмы, обусловливающие вязкость разрушения пластиков, модифицированных резиной. Сферические частицы резины в полимерной матрице действуют как концентраторы напряжений. При приложении нагрузки к композиту концентрация напряжений у резиновых сфер может вызвать деформацию и пластическое течение матрицы на начальной стадии нагружения аналогично влияли бы сферические полости. С ростом нагрузки резина, прочно связанная с матрицей, начинает деформироваться, что также приводит к стеснению матрицы. Картина локальной деформации усложняется, и частицы резины испытывают состояние трехосного растяжения. В резуль- [c.303]

За счет пластического течения матрицы в неравноосных частицах могут возникать заметно более высокие напряжения. В так называемом механизме нагружения волокна , разработанном для композитов волокно — матрица, предполагается, что напряжение сдвига в матрице, примыкающей к волокну, приводит к увеличению растягивающих напряжений в волокне сувеличе- [c.66]

Аналогичные результаты получены на углепластиках,. У-стек-лопластиках и борсик-титане, где в каждом случае расслоение по границе раздела приводило к почти полной нечувствительности к надрезу [11, 72]. С повышением прочности в поперечном направлении композиционного материала бор — алюминий механизм притупления надреза изменяется на механизм пластического течения матрицы, коллинеарного вдоль упрочняющих волокон, и увеличивается чувствительность к надрезу. Однако даже в этом случае чувствительность образца к надрезу была меньше, чем у такого конструкционного сплава, как Ti — 6% А1—4% V. Сравнительные данные приведены на рис. 29. [c.478]

На рис. 30 доказана зависимость ударной энергии от ориентации образца [50]. Изменение энергии разрушения зависит от относительной ориентаций илоскости трещины и оси волокна. Образцы с ориентацией 1 (см. рис. 30) имеют максимальную ударную вязкость вследствие нагружения до разрушения каждого волокна напряжениями растягивающего типа в иаправле-юга, параллельном оси укладки волокон. Этот вид распространения трещины требует большого количества упругой энергии, которую необходимо передать при интенсивном пластическом течении матрицы, окружающей каждое волокно. Изучение типичной поверхности разрушения образца (рис. 31) свидетельств т о влиянии пластического течения матрицы на величину ударной вязкости, поскольку сопротивление удару возрастает с увеличением объемного содержания хрупкой фазы (борсика). Кан<дое из волокон, выступающих над поверхностью разрушения (рис. 31), покрыто слоем алюминия. Граница раздела волокно — матрица не была основным участком разрушения напротив, разрушение происходило в результате пластической деформации и разрушения алюминиевой оболочки вокруг каждого волокна. [c.480]

Существенным параметром, определяющим деформационные свойства матрицы и в конечном итоге прочность композита, является расстояние между волокнами-частицами. Когда это расстояние мало так что напряжение течения матрицы определяется орованов-ским напряжением, возникает эффект дисперсионного упрочнения матрицы [5]. Если Кд, (большая объемная доля волокон), то пластическое течение матрицы вдоль волокон происходит только при условии, что материал матрицы характеризуется пятью независимыми системами скольжения и достаточной гибкостью сдвига в объемах, линейный размер которых мал по сравнению с расстоянием между волокнами [3]. В противном случае в отсутствие эффективной релаксации напряжений наблюдается преждевременное хрупкое разрушение композита. [c.189]

Величина растягивающих напряжений а на волокне зависит от многих факторов отношения If/df, от количества присутствующих в композиции волокон, от величины приложенной нагрузки, от механических свойств волокна И матрицы и сил сцепления на поверхности раздела волокно—матрица. Доу гюказал [11], что для усов a-AlgOg в алюминиевой матрице с целью достижения максимального упрочнения последней необходимо выдерживать для усов соотношение 1с 30 df. Саттон (11) нашел, что а с линейно зависит от объемного содержания усов. На рис. 128 приведена прочность композиции в зависимости от If/df при df = onst. При этом видно, что усы несут полную расчетную нагрузку при If > а если If < 1с или If << то Ос снижается. Было показано также, что т никогда не достигает большой величины на концах уса, если отсутствует пластическое течение матрицы если же матрица пластически деформируется, то касательное напряжение х на границе волокно— матрица заметно возрастает [ 11 ]. [c.170]

Пластическое течение в областях матрицы, примыкающих к я персньш частицам, происходит более турбулентно. Изгиб криста лической решетки (избыток дислокаций одного знака) в этих облг тях больше. В результате при нагреве в этих участках зародыг рекристаллизации формируются раньше, чем в других объемах м териала (см. рис. 181, в). Эффект этот проявляется тем сильнее, Ч менее правильная форма включений и их границ и чем выше твердость. [c.400]

Для большинства конструкционных материалов, включая те, которые представляют интерес как возможные компоненты композитов (см., например, рис. 1), связь напряжений с деформациями, представленная изображенной на рис. 2 двузвенной ломаной, не является достаточно точной. Это утверждение справедливо, в частности, в случае, когда материал находится в однородном напряженном сосюянии, так что во всей области одновременно достигается предел текучести. Принятая идеализация предсказывает в этом случае неограниченное пластическое течение, т. е. неограниченные деформации при постоянных напряжениях. Однако в том случае, когда нагрузка создает градиенты напряжений внутри материала, области с наибольшими значениями напряжений достигают состояния текучести первыми. Пластическое течение в этих зонах ограничено, поскольку вне их материал остается упругим. Такое явление называется стесненным пластическим течением око характерно для композитов, поскольку из-за различия в жесткостных свойствах матрицы и включений в композите обычно возникают высокие градиенты напряжений. Таким образом, несмотря на то что истинные кривые напряжение — деформация, представленные на рис. 1, лишь грубо аппроксимируются двузвенной ломаной вида. [c.206]

Представляет интерес случай квадратной укладки тех же бороволокон в алюминиевой матрице, когда расстояния между центрами волокон одинаковы по направлениям обеих осей координат и равны расстоянию между центрами волокон вдоль оси л для прямоугольной укладки, показанной на рис. 6—8. Это расстояние соответствует объемной доле волокон 70%. Некоторые из полученных результатов представлены на рис. 9. Начало пластического течения предсказывается при напряжении 13 230 фунт/дюйм (отмеченном на рис. 9 засечками). Однако, [c.233]

Рис. 6. Влияние, пластического течения на поперечные и осевые напряжения в матрице (на рис. 5 — се,р1дцеви а) у поверхности раздела компшита медь — -50% Стальной проволоки [27].

В аналитических и экопериментальных исследованиях остаточных напряжений в волокнистых композитах используются два подхода — уже упомянутая выше модель коаксиальных цилиндров и модели регулярных типов расположения волокон. Первый подход основан на довольно простых математических соотношениях и поэтому применялся более широко [14, 27, 32]. Он был развит в работе [27] и позволил рассмотреть, наряду со свойствами, зависящими от температуры, влияние пластического течения в матрице, подверженной деформационному упрочнению. В этой и других работах пользуются не вполне определенным понятием температура релаксации внутренних напряжений имеется в виду температура, ниже которой влияние ползучести ослабевает и могут возникать напряжения значительной величины. Хекер и др. f27] устранили эту неточность, определив температуру релаксации внутренних напряжений путем сопоставления расчетных результатов с данными экспериментального определения остаточных напряжений в модельных композитах типа коаксиальных цилиндров. [c.66]

Как экспериментальные, так и аналитические исследования распределения остаточных напряжений показали, что легко возникают очень высокие уровни остаточных напряжений. Охлаждение композитов сталь — медь от 533 К приводит к интенсивному пластическому течению медной матрицы [27] аналогичные явления отмечены в системах Си —W [14, 18, 29] и Fe — FejB [14]. Более прочные матрицы не обладают заметными преимуществами например, охлаждение на 0,6 К увеличивает максимальные напряжения в композите 50% А1 — В на 18 кГ/см [19], если деформация алюминия происходит в упругой области. Значит, при охлаждении от обычных температур изготовления возникнут на-йряжения, намного превышающие предел текучести любого сплава. [c.66]

Де Сильва и Чэдуик [23] наблюдали улучшение прочностных характеристик матрицы в волокнистой эвтектике Fe — РвгВ при расстоянии между волокнами мкм оно обусловлено совместным влиянием близости волокон и согласованной деформации фаз в окрестности поверхности раздела. При пластической деформации матрицы течение у поверхности раздела затруднено в большей степени, чем в областях между волокнами. Де Сильва и Чэдуик проводят аналогию между этим явлением и гидродинамическим пограничным слоем при ламинарном течении жидкости. [c.261]

И ЭТО может обусловить увеличение поверхностной энергии [13]. Точные измерения действительной величины поверхности отсутствуют, так что вклад данного эффекта количественно не оценивал ся. Вряд ли, однако, он может быть определяющим в отношении вязкости разрушения. В металлах поле напряжений перед трещи-. ной приводит к локальному пластическому течению. Форма этой-так называемой пластической зоны изображена на рис. 14, а. В ор--тотропном материале, главная ось которого перпендикулярна тре- щине (например, в ориентированных волокнистых композитах), зона пластической деформации, соответствующая этому полю напряжений, более сжата, как показано на рис. 14,6. Олстер [30]i проверил это экспериментально, нанеся на композит бор алюми-ний до приложения нагрузки фотоупругое покрытие. Оказалось, что в этом композите волокна ведут себя вплоть до разрушения упруго, а матрица— упругопластически. Следовательно, матрица, [c.283]

Растрескивание по поверхностям раздела носит преимущественно энергетический характер с высокой граничной энергией, так как работа разрушения представляет собой разницу между суммой поверхностных энергий частицы и матрицы и энергией поверхности раздела частица — матрица. Критерий в напряжениях для зарождения трещины разработан в [4, 84] на основе предположения, что нарушение связи будет происходить в том случае, когда локальные напряжения превысят прочность границы между матрицей и частицей. В работе [84] проанализирована задача о внутреннем шейкообразовании между частицами и показано, что нарушение связи не произойдет, если прочность границы раздела будет превышать величину максимальной компоненты растягивающего напряжения при пластическом течении а , т. е. когда [c.71]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...