Разрушение по поверхности раздела

Почти все работы по механике композитов основаны либо на предположении, что поверхность раздела совершенна, т. е. прочнее матрицы, либо на предположении, что на поверхности раздела отсутствует связь между матрицей и упрочнителем. Эти работы, обзор которых имеется в гл. 2, отвечают условиям нагружения, не приводящим к разрушению по поверхности раздела. Однако многие композиты с прочной матрицей разрушаются по поверхности раздела, и значительно более важным становится промежуточный случай. [c.24]

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]

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]

Эти результаты показывают, что поперечная прочность определяется, главным образом, поверхностью раздела. Неотожженные образцы разрушаются, в основном, по поверхности раздела, поскольку поверхность раздела в таких образцах, вероятно, ослаблена из-за несовершенства связи волокна с матрицей. При малой продолжительности отжига (1 ч или менее) начальная реакция на поверхности раздела сразу же увеличивает прочность последней, и разрушение происходит не по поверхности раздела, а по матрице. В образцах, отожженных в течение 2—5 ч, в основном, разрушаются (расщепляются) волокна, а не матрица причина, по которой в этих образцах развивается расщепление волокон, неясна. Однако с увеличением продолжительности отжига свыше 5 ч вновь наблюдается тенденция к разрушению по поверхности раздела, причем поперечная прочность композита принимает низкие значения. Значит, количество продукта реакции на поверхности раздела, еще не приводящее к ослаблению поверхности раздела и композита в целом, ограничено некоторым пределом. Хотя на характер зависимости прочности от продолжительности отжига (рис. 27) может непредсказуемым образом влиять расщепление волокна, основная тенденция, по-видимому, неизменна высокие [c.220]

Результаты испытаиий этих образцов приведены на рис. 32. С увеличением продолжительности предварительного отжига при 811 К поперечная прочность незначительно уменьшается после обработки О , а после обработки Т-б — максимальна при средних продолжительностях отжига. Исследование излома этих образцов показало, что основным типом разрушения является разрушение матрицы (в чистом виде или в сочетании с расщеплением волокон). Иногда матрица разрушалась путем отслаивания материала, нанесенного плазменным напылением, от фольги-подложки значит, из-за несовершенства связи прочность алюминия, занесенного путем плазменного напыления, может быть меньше прочности алюминиевой фольги. Меньшую роль играло разрушение по поверхности раздела между долей этого типа разрушения и продолжительностью предварительного отжига нет прямой связи. В случае обработки Т-6 низкие значения прочности при малых продолжительностях предварительного отжига, вероятно, обусловлены неполным переходом матрицы в твердый раствор, а при большей продолжительности отжига (160 ч)—тем, что усиливается расщепление волокон (причина этого явления пока неизвестна). Поперечная прочность данной серии образцов, как правило, не зависела от термической обработки, приводящей к изменению состояния поверхности раздела, так как расщепление волоков или разрушение матрицы происходило до того, как на- [c.224]

Показано, что, если распространяющаяся в композите трещина пересекает волокна упрочнителя, вязкость разрушения увеличивается тем больше, чем больше волокна отслаиваются от матрицы. Значит, из соображений повышения вязкости разрушения предпочтительной является слабая поверхность раздела. Однако при распространении трещины в матрице параллельно волокнам предпочтительна прочная поверхность раздела — это позволяет предотвратить разрушение по поверхности раздела, связанное с малыми затратами энергии. Были отмечены и другие случаи так, при распространении трещины перпендикулярно волокнам высокая вязкость разрушения может быть обусловлена несколькими механизмами. При действии одного из них — вытягивания волокон — вязкость разрушения определяется силами трения и длиной вытянутого из матрицы отрезка волокна. Высокая вязкость разрушения может быть получена и в композитах, в которых не происходит ни отслаивания, ни вытягивания волокон. Так, в системе бор — алюминий вязкость разрушения зависит в основном от энергии деформации, накопленной волокном в пластической зоне деформации композита непосредственно к моменту разрушения волокна. Вязкость разрушения ориентированных композитов, как правило, слабо зависит от вязкости разрушения матрицы. Исключение представляет случай, когда поверхность раздела прочна, а трещина распространяется параллельно волокнам в этих условиях вязкости разрушения композита и материала матрицы сопоставимы. При достаточно высокой объемной доле упрочнителя и слабой поверхности раздела вязкость разрушения определяется поверхностью раздела. Вязкость разрушения композитов, армированных ориентированным в нескольких направлениях упрочнителем, зависит, главным образом, от тех волокон, которые расположены поперек трещины и разрушение которых необходимо для дальней- [c.304]

О разрушение по поверхности раздела разрушение по сапфиру. [c.330]

Рис. 3. Разрушение по поверхности раздела модели композита при растяжении в поперечном направлении [39].

Известно, что обычно с увеличением скорости приложения нагрузки скорость деформации возрастает, что сопро вождается также изменением предела прочности. Это обстоятельство остается справедливым и для композитов. Однако при этом поведение композитов обладает специфическими особенностями. При больших скоростях деформаций поведение дисперсной и матричной фаз оказывается различным, а характер разрушения является многообразным, поэтому необходимо рассматривать разрушение матрицы, разрушение волокна, разрушение по поверхности раздела волокна и матрицы и т. д., т. е. разрушение не является таким простым, как в случае однофазного материала. [c.147]

Все результаты получены для разрушения по поверхности раздела 0°—0°. [c.239]

В этом случае величина а,,, характеризующая напряжения разрушения по поверхности раздела гидрид—ти- [c.303]

Сочетание мягкого металла с твердым. При достаточно высоких нагрузках мягкие металлы предохраняют поверхность раздела от контакта с воздухом. Более того, мягкий металл может течь при срезе, а не скользить по поверхности раздела, благодаря этому разрушение уменьшается. Для контакта со сталью можно рекомендовать металлы, покрытые оловом, серебром, свинцом, индием, кадмием. При сопряжении латуни со сталью разрушение меньше, чем при трении стали о сталь. Разрушения велики при сочетании нержавеющих сталей. [c.169]

При 0>1О8° разрушение происходит путем отрыва по поверхности раздела (область б), Нри меньших углах—путем сдвига (область Л). [c.70]

Данный подход имеет ряд недостатков. Во-первых, как обсуждалось в разд. II, распределение напряжений в образце много сложнее, чем предполагает модель запаздывания сдвига. Рассчитанное с помощью этой модели распределение напряжений сдвига по поверхности раздела оказывается неверным, а значит, некорректной будет и расчетная прочность поверхности раздела. Изменение напряжений по поверхности раздела означает, что разрушение будет развиваться постепенно и неравномерно в интервале приложенных нагрузок. [c.71]

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]

Другой возможный подход — феноменологический — позволяет лишь косвенно (впрочем, как и все остальные механизмы разрушения) исследовать случай разрушения по поверхности раздела. В теориях такого типа характеристики разрушения по пове рхно-сти раздела определяются только через экспериментальные данные по прочности композита, которые необходимо ввести в аналитические решения. Формулировка этих теорий требует, чтобы при лродольной и поперечной ориентациях нагружения теоретические значения прочности согласовывались с экспериментальными. Предсказываемые теорией значения прочности для промежуточных значений углов между осью волокон и направлением нагружения зависят от экспериментальных данных по продольной, поперечной и сдвиговой прочности композита, независимо от механизма его разрушения. [c.186]

Более сложный теоретический подход предполагает оценку механизма разрушения по поверхности раздела и влияния последней на прочность композита при внеосном нагружении на основе свойств поверхности раздела. Эта ситуация много сложнее, и попытки такого рода предпринимались лишь для случая нагруже--ния в направлении, перпендикулярном волокнам. Поскольку здесь предполагается, что разрушение по поверхности раздела хотя бы [c.186]

Феноменологические теории и теории прочной поверхности, раздела будут рассмотрены лишь вкратце, поскольку они обсуждаются в монографии [22] и подробно изложены в других цитируемых работах. Кроме того, эти теории в том виде, в каком они сформулированы, учитывают влияние поверхности раздела лиши постольку, поскольку предполагают, что она идеально передае1т-нагрузку, и игнорируют проблемы разрушения по поверхности раздела. Поэтому основное внимание будет уделено теор-ии пре-. дельных значений прочности, учитываюш ей влияние несовершенств поверхности раздела на прочность при внеосном нагружении, и самим предельным значениям прочности композита для-случаев прочной и слабой поверхностей раздела. Такой подход по-, зволит понять влияние несовершенной поверхности раздела на прочность при внеосном нагружении и глубже разобраться в про-, блемах, которые необходимо решить для достижения максималь-, ной прочности различных реальных систем. [c.187]

Таким образом, теория прочности композитов при внеосном растягивающем нагружении развита для случаев, когда либо разрушение происходит не по поверхности раздела, либо разрушение по поверхности раздела учитывается лишь косвенно. При решении более сложной задачи — прямого анализа влияния поверхности раздела на прочность при внеосном нагружении — достигнуто меньше успехов, хотя определенные возможности представляет метод конечных элементов [1]. С помощью теорий, рассматривающих непосредственно поверхность раздела, были предсказаны разумные величины верхнего и нижнего предельных значений поперечной прочности, однако они пока не подтверждены экспериментально. Задача разработки более соверщенного подхода, который позволил бы количественно оценить влияние поверхности раздела на прочность при внеосном нагружении, пока не решена. Ряд проблем возникает из-за трудностей экспериментального определения важных характеристик поверхности раздела, другая группа проблем — из-за того, что неясно, как на основе экспериментальных значений данных характеристик предсказать прочность композита. Это — сложные проблемы драктического и теоретического характера, однако начало их решению может быть положено определением характеристик композита при внеосном растяжении и исследованием разрушенных образцов, что позволяет установить роль поверхности раздела в разрушении композита при растяжении. Результаты ряда таких исследований рассмотрены ниже. [c.203]

Рис. 15. Типы разрушения композита Nb (юплав)—W при 1477 К [11]. а — разрушение по поверхности раздела при поперечном растяжении (90°) б —сдвиговое разрушение по поверхности раздела при растяжении по-д углом 45 к проволоке.

Таким образом, на композите Nb (сплав)—W выявлен ряд различных типов разрушения, включая разрушение по поверхности раздела они влияют на прочность композита при внеосном нагружении. При комнатной температуре поперечная прочность [c.208]

Кляйн и Меткалф [10] изучали влияние поверхности разделана прочность композита А16061—В с волокнами диаметром 140 мкм при поперечном растяжении. Характеристики поверхности они изменяли путем предварительного отжига при 811 К, после чего матрицу подвергали термической обработке Т-6 (закалка образцов композита в воду и старение при 450 К). Поперечная прочность и тип разрушения характеризуются в табл. 2 (в основном, средними значениями для трех образцов). Авторы оценивали вклад трех типов разрушения расщепления волокна, разрушения по поверхности раздела волокно—матрица или в зоне взаимодействия и разрушения по матрице. Частичное разрушение по матрице должно наблюдаться во всех образцах композитов, так как матрица образует из волокон непрерывный каркас, вое- [c.217]

Одной из возможных причин, по которым с ростом количества AIB2 снижается поперечная прочность композита и растет доля разрушения по поверхности раздела, является 20%-ное уменьшение объема при образовании этого соединения. Уменьшение объема может привести к увеличению внутренних напряжений и пористости в области, примыкающей к поверхности раздела, и тем самым снизить поперечную прочность. На рис. 28 стрелками отмечены дефекты структуры, по-видимому, несплошности у поверхности раздела, возникшие по указанной причине. [c.221]

В Среднезападном исследовательском институте Свенсон и Хэнкок [21] изучали влияние поверхности раздела на прочность композита А16061—40% В при нагружении под углами 30 и 90° к оси волокон. Однако они пришли к выводу, что внеосная прочность определяется скорее расщеплением волокон, чем разрушением по поверхности раздела последний тип разрушения в их работе не отмечался. [c.224]

Прево и Маккарти [18] проводили испытания композитов А16061—борсик, в которых матрица, полученная путем плазменного напыления, обладала более совершенной связью, а волокна— большим сопротивлением расщеплению. Пластины А16061—борсик были изготовлены горячим прессованием слоев ленты, полученной плазменным напылением, с последующей термической обработкой для старения матрицы. Авторы отметили, что поперечная прочность композитов с волокнами диаметром 100 мкм была ниже, чем у композитов с волокнами диаметром 140 мкм. Поперечная прочность композитов с волокнами меньшего диаметра составляла около 15 кГ/мм и определялась, в основном, расщеплением волокон, а не разрушением по поверхности раздела. Композиты с волокнами большего диаметра обладали поперечной прочностью около 25 кГ/мм2 при этом разрушалась, главным образом, матрица, а разрушение по поверхности раздела и расщепление волокон играли незначительную роль. Как отмечают авторы, высокие значения поперечной прочности обусловлены хорошей связью между лентами, полученными плазменным напылением, что, в свою очередь, приводит к прочной связи как в пределах собственно матрицы, так и между волокном и матрицей. [c.225]

В данной главе теории прочности при внеосном растяжении классифицировались в зависимости от того, каким образом учитывается роль поверхности раздела были выделены три группы теорий. В теориях прочных поверхностей раздела предполагается, что разрушение поверхности раздела не опережает разрушение композита. В феноменологических теориях влияние поверхности раздела учитывается косвенно — в той мере, в какой она влияет на механические характеристики, значения которых входят в предложенные аналитические решения. В теориях слабых поверхностей раздела разрушение по поверхности раздела учитываетоя непосредственно. Последняя группа теорий является наиболее сложной и наименее разработанной. В настоящее время не существует теорий, развитых настолько, чтобы с их помощью можно было [c.227]

Влияние поверхности раздела на внеосную прочность экспериментально изучали на ряде систем. Установлено, что прочность может определяться не только разрушением по поверхности раздела, но и другими конкурирующими видами разрушения. Боль-шин ство исследований выполнено для поперечной ориентации, при которой поверхность раздела может существенно вл Иять на прочность композита задача ограничивалась установлением связи между видом разрушения и прочностью. Однако даже для поперечной ориентации сопоставление экспериментальных данных с выводами теории может быть лишь качественным ввиду недостаточной разработки теории и неполноты экспериментальных данных по механическим свойствам композита и его компонентов. [c.228]

Поперечная прочность композитов А1—борсик, полученных путем плазменного напыления, при хорошей связи между напыленными слоями, видимо, не определяекся разрушением по поверхности раздела. Если расщепление волокон сведено к минимуму, а матрица хорошо спечена, то поперечная прочность намного выше нижнего предельного значения однако она. сильно снижается в случаях расщепления волокна или несовершенной связи матрицы. [c.229]

Анализ содержания кислорода в затвердевших каплях показал, что при разрушении по поверхности раздела существует линейная зависимость прочности связи от содержания кислорода. Рис. 15 иллюстрирует качественное соответствие между положением максимумов на рис. 14 и расчетными величинами растворимости кислорода в сплавах Ni — Сг и Ni — Ti в зависимости от содержания Сг и Ti. По-видимому, образование соответствующих окислов вызывает ослабление связи на поверхности раздела сапфир — сплав. В образцах, которые разрушились по телу AI2O3 на поверхности раздела, видимо, присутствовал ион Сг +, так как сапфир был окрашен в зеленый цвет. Эта работа подтверждает высказанное в [c.329]

Эвтектика с ненаправленной структурой подвержена сильному разупрочнению при высоких температурах [5, 14J. В большинстве случаев это определяется приведенными напряжениями сдвига, действующими вдоль оси волокон и приводящими либо к сдвиговому разрушению матрицы, либо к разрушению по поверхности раздела матрица — волокно (или пластина). Разрушение сдвигом вдоль усов наблюдалось даже при комнатной температуре в том случае, когда создаваемые при изгибе сдвиговые напряжения были параллельны поверхности раздела в эвтектике А1—GuA [28] или когда сдвиговые напряжения создавались при кручении композита NisAl—iNisNb [69]. [c.383]

В зависимости от типа связи и прочности границы разрушение композита может происходить по-разному. Если распространяющаяся в композите трещина пересекает волокна, то вязкость разрушения увеличивается тем больше, чем больше волокна отслаиваются от матрицы, В этом случае ДJlя повышения вязкости разрушения предпочтительной является слабая связь на границе раздела волокно - матрица. При распространении трещины параллельно волокнам предпочтительнее прочная связь на границе волокно - матрица, что позволяет предотвратить разрушение по поверхности раздела. [c.75]

В экспериментальных работах по распространению импульсных возмущений наибольший интерес представляет, разумеется, вопрос о разрушении в условиях динамического нагружения. Часто наблюдался разрыв по поверхности раздела фаз см., например, работы [41, 42, 44]. Экспериментальное и аналитическое изучение таких отрывных разрушений проводилось также Ахен-бахом с соавторами [7]. Откол в слоистом кварц-фенольном композите был исследован в работе Коэна и Берковитца [23], которые провели испытания на удар летящей пластинкой (из майлара) толщиной 5 мм и 15 мм по образцу из композиционного материала толщиной 0,15 дюйма. Они установили, что откол происходит при расслоении после возникновения вторичной трещины, перпендикулярной поверхности, по которой производится удар. [c.386]

Смотреть страницы где упоминается термин Разрушение по поверхности раздела : [c.74] [c.141] [c.142] [c.210] [c.214] [c.215] [c.221] [c.223] [c.225] [c.297] [c.337] [c.433] [c.390] [c.288] [c.100] [c.113] [c.304] [c.132] [c.356]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...