Длина критическая волокна

Длина критическая волокна 54, 78 [c.292]

Поскольку нагрузка не передается через торцы волокна, то растягивающее напряжение увеличивается от нуля на его концах до максимального значения в точке х = 4р/2. Критическая длина / р определяется как длина короткого волокна, которая необходима для достижения напряжения, равного напряжению в волокне бесконечной длины. [c.13]

В этих уравнениях у — поверхностная энергия разрушения, т. е. энергия, затрачиваемая на образование единицы новой поверхности 01,2—разрывная прочность волокон L—длина волокон Ькр— критическая длина волокон, определяемая по уравнению (8.18) Ьд — длина участка волокна, по которому происходит разрушение адгезионной связи. Если выдергивание волокон является основным механизмом затрат энергии, наибольшая ударная прочность должна быть при Ь = кр- Разрушение связи волокно—матрица из-за плохой адгезии делает композиции менее чувствительными к надрезам и трещинам [89]. Таким образом, факторы, которые обусловливают увеличение ударной прочности волокнистых композиций, такие, как облегчение выдергивания волокон из матрицы и разрушения связи между ними, являются в то же время причинами снижения разрывной прочности при малых скоростях нагружения. [c.280]

Следующая модель зарождения трещины [25] в ферритно-карбидной микроструктуре путем скольжения дислокаций предполагает, что карбид ведет себя как длинное тонкое волокно, которое нагружено упруго, в то время как окружающая матрица деформируется пластически, и которое разрывается, когда деформация достигает критической величины. Высвобождение энергии при этом разрыве может быть настолько большим, что зародыш трещины вонзается в матрицу и проникает в нее на некоторое расстояние. Окончательное же разрушение контролируется ро- [c.185]

Вместе с тем, как это иллюстрируется приведенными ниже данными, увеличение длины волокна больше какого-то критического значения не приводит к дальнейшему росту проводимости стеклопластика. Очевидно, что в условиях армирования длинные металлические волокна располагаются параллельными слоями, расположенными перпендикулярно к направлению прессования, образуя многочисленные контакты только в этой плоскости, т. е. возникает не пространственная, а слоистая структура, подобная той, которая наблюдается при армировании пластиков металлическими сетками. Это обусловливает заметную анизотропию свойств, значительный рост теплопроводности в направлении, параллельном направлению прессования, и сравнительно низкий в перпендикулярном. [c.108]

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]

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]

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]

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

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]

Первой деталью, выбранной для этой программы, была хвостовая секция самолета Г-111, расположенная между двумя двигателями. Деталь имела следующие размеры полную длину 3764 мм (от отсека фюзеляжа, расположенного на отметке 610, отсчитываемой от носовой точки самолета, до отсека, расположенного на отметке 770), глубину 1219 мм, ширину 914 мм. Предназначенная для испытаний задняя (расположенная между отметками 673— 770 от носовой точки) секция этой детали имела длину 2464 мм. Передняя часть детали была спроектирована так, чтобы обеспечить разрушение в испытательной секции. Одной из задач программы являлось исследование возможностей применения трех типов перспективных композиционных материалов эпоксидных боро- и углепластиков и алюминия, армированного борными волокнами. Вследствие сокращения поставок борных волокон вскоре после начала выполнения программы основное внимание было уделено углепластикам. Для упрощения технологии и снижения стоимости оборудования форма поперечного сечения первой фюзеляжной детали была выбрана постоянной в отличие от основной алюминиевой конструкции, имеющей переменное сечение. Расчетные нагрузки определяли из типовых критических расчетных условий для каждого узла. [c.159]

Отмечено, что вычисленная прочность увеличивается с увеличением расстояния между частицами хрупкой фазы. Как упомянуто ранее, полностью связанный агрегат разрушается при разрушении наиболее слабого объемного элемента. В случае пучка волокон перед его разрывом должно разрушиться некоторое количество волокон. Колеман показал, что прочность пучка волокон меньше средней прочности волокон, но имеет тот же самый порядок. Отмечено, что отдельное волокно в пучке может разорваться только один раз и что разорванное моноволокно не несет никакой нагрузки по всей его длине. В случае заключенных в матрицу частиц или волокон композитное тело разрушается путем статистического накопления разрушений элементов. Причем условие разрушения представляет собой критическое число разрушенных элементов в одном поперечном слое. В случае заключенных в матрицу волокон отдельное волокно может разрушиться больше одного раза, так как напряжение перераспределяется по его неразрушенной части при помош и матрицы. Фактически прочность моделей увеличивается в некоторой зависимости от количества элементов объема, разрыв которых происходит перед разрушением тела. [c.101]

Влияние увеличения отношения Ид, на тип разрушения и долговечность композитов с короткими волокнами исследовано в работе [27]. При кратковременных испытаниях и экспериментах на длительную прочность при растяжении использовалась модель, состоящая из вольфрамовой проволоки и медной матрицы. Испытания проводились на образцах, показанных на рис. 11, б, при двух температурах (649 и 816 °С). Изменяя отношение длины к диаметру волокон, автор смог определить критическое значение ) отношения Ий, необходимое при армировании композита, подвергающегося испытаниям на длительную прочность, и сравнить его со значением, необходимым при кратковременных испытаниях на растяжение. [c.312]

В настоящем изложении следует, однако, отметить, что не все формы дефектов с необходимостью вызывают уменьшение прочности композита. Если критическая длина трещины соответствует нескольким расстояниям между волокнами, группа в несколько разорванных волокон будет неспособна вызвать разрушение при значительно сниженном уровне напряжений. Как будет видно ниже, можно рассчитать теоретические коэффициенты концентрации напряжений, связанные с конкретным расположением разорванных волокон, и можно предположить, что данная концентрация напряжений будет в известной степени снижать прочность композита. Но это произойдет лишь в случае, если не существует возможности локального течения, расслаивания или для других форм релаксации напряжений вблизи дефекта. Если [c.458]

Предел И2 выбран вместо I потому, что волокно, пересекающее трещину, будет всегда вытаскиваться с той стороны, с которой оно менее глубоко погружено в матрицу. Для случая, когда длина волокна I больше критической, будет вытаскиваться доля волокон 1сИ, в то время как остальные волокна будут разрываться в плоскости разрушения матрицы. Таким образом, работа вытаскивания, средняя по всем волокнам, будет равна [c.470]

При оптимальных режимах изготовления композиционного материала реализуется, как правило, и оптимальная степень физико-химического взаимодействия компонентов механизм разрушения полученной композиции определяется в основном прочностью самих армирующих волокон, причем вследствие возросшей прочности связи матрицы с волокнами разрыв отдельных волокон не сопровождается отслоением их от матрицы, так что разорванные волокна продолжают нести нагрузку (за исключением участков вблизи обрыва, длина которых меньше критической), т. е. осуществляется локализация разрывов волокон. [c.11]

Максимальной работой разрушения обладает композиция, армированная волокнами критической длины 4р- При анализе формулы (32) следует отметить, что диссипация энергии, обусловленная вытягиванием волокон, пропорциональна объемной доле волокон и их радиусу г. [c.24]

Величина q p для композиций с непрерывными волокнами играет такую же роль, как и критическая длина и фактически является приведенной критической длиной с коэффициентом приведения Аа /ав. Ясно, что работа вытягивания в композициях с короткими волокнами всегда больше соответствующей величины для композиции, с непрерывными волокнами, так как q p < 4р- [c.25]

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]

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]

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]

Приведенные результаты свидетельствуют о существовании некоторого нижнего предела длины блока, выделенного трещинами из среднего однонаправленного слоя, растягиваемого в поперечном направлении. Простейшая оценка минимальной длины блока может быть сделана по аналогии с известной оценкой критической длины хрупкого волокна в податливом композите 128]. [c.50]

При анализе работы разрушения композиционных материалов учитывалась микромеханика процессов разрушения и влияние на нее природы компонентов материала и характера их взаимного распределения. С точки зрения конструирования изделий необходим анализ макропроцессов разрушения композиционных материалов в присутствии надрезов, дефектов и других параметров конструкций, размеры которых значительно превосходят диаметр волокон. С первого взгляда это кажется невозможным, так как разрушение композиционных материалов в значительной степени меняется при наличии слабых границ раздела, а характер распространения трещин не удовлетворяет условиям, необходимым для применения основ механики разрушения. Однако экспериментальные данные свидетельствуют о возможности при определенных условиях применения к композиционным материалам основных представлений механики разрушения. By [135] показал, что подход механики разрушения к анализу распространения трещин в гомогенных, но анизотропных пластинах, может быть ограниченно применен к однонаправленным волокнистым композиционным материалам. Он определил критическое напряжение, необходимое для роста трещин различной длины параллельно волокнам при растяжении и сдвиге, и показал, что для всех случаев соотношение [c.132]

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]

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]

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]

Появление в данном контексте математических моделей, связанных со статистическими методами, вызвано двумя причинами (1) зависимостью прочности волокон от ИХ длины (рис. 21) и (2) последовательным возникновением разрывов волокон с ростом приложенной нагрузки вплоть до накопления в некотором сечении слоя критического числа разрывов, вызывающего полное разрушение. Ранние работы по статистической теории [59] следовали развитой Дэниэлсом [15] теории пучков (см. также [70, 5]). Применение теории пучков к прочности слоя требует определения локальной неэффективной длины волокон, т. е. длины заключенного в матрицу участка волокна, дальше которого в волокне может быть достигнуто полное напряжение, как в неразорван-ном волокне. Для более детального знакомства с понятием неэффективной длины отсылаем читателя к работе [48]. В нашем последующем изложении будем следовать анализу, данному в [47]. [c.131]

В работе [49] исследованы стеклоэпоксидные сосуды со специальной намоткой для создания равнонапряженной конструкции [48]. Сосуды нагружались внутренним гидростатическим давлением, построена зависимость времени, прошедшего до момента разрыва сосуда, от напряжения, которому подвергалось стекло. Экспериментальные результаты показали в логарифмическом масштабе линейную связь между напряжением и временем до разрушения. Далее было принято, что существует начальная трещина длиной Сц в пучке волокон и что скорость роста трещины прямо пропорциональна и-й степени растягивающего напряжения в волокне. Затем была использована теория Гриффитса для определения критической глубины трещины, приводящей к разрушению волокон и сосуда. Численное значение показателя п определялось обработкой экспериментальных результатов с предложенных позиций. [c.315]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...