Волокна неэффективная длина

НЕЭФФЕКТИВНАЯ ДЛИНА ВОЛОКНА В КОМПОЗИТЕ 695 [c.695]

Неэффективная длина волокна в композите [c.695]

Определение неэффективной длины с учетом силы трения. Есть основания предполагать, что при вытаскивании волокна пз матрицы не происходит сразу полного освобождения волокна [c.698]

Величина т вообще неизвестна, и пути ее экспериментального определения неясны. Во всяком случае она меньше, чем сопротивление композита разрушению при сдвиге. Принимая т = = 2 кгс/мм , о = 240 кгс/мм (ориентировочные оценки для углепластика), получим при d = 10 мкм, Zo = 0,3 мм. При разрыве композита поверхность разрыва напоминает щетку, из разлома матрицы, как щетинки, торчат кончики оборванных волокон. Средняя длина этих вытянутых кончиков равна неэффективной длине волокна. Результаты таких измерений показывают, что величина неэффективной длины в сильной степени зависит от технологии изготовления композита, определяющей величину т в формуле (20.5.5), для композитов углерод — эпоксидная смола величина 1а может достигать 0,5—1 мм. При этой длине большая дисперсия прочности волокон приводит к снижению прочности пучка за счет коэффициента реализации к, определяемого формулой (20.4.4), который не перекрывается увеличением средней прочности вследствие масштабного эффекта. [c.699]

Величина касательного напряжения на границе раздела существенна с точки зрения прочности сцепления между волокном и матрицей, а также неэффективной длины волокна. Это напряжение вычисляется по изохромам и изоклинам согласно формуле [c.519]

В работе [26] экспериментально исследовалось влияние уровня напряжений в композите и ориентации наполнителя на неэффективную длину волокна с использованием модели с единичным волокном. Установлено, что неэффективная длина волокна почти не зависит от этих факторов (рис. 30 и 31). При действии оста- [c.72]

По данным работы [26], предварительное циклическое утомление композита не оказывает существенного влияния на изменение неэффективной длины волокна, что свидетельствует о сохранении адгезионной прочности (рис. 36). [c.77]

Неэффективная длина определена в [77] как часть разрушенного волокна, напряжение в котором меньше 90% от напряжения в бесконечно длинных неразрушенных волокнах. [c.100]

При анализе модели хрупкого разрушения каждое волокно трактуется как цепочка, состоящая из п звеньев, каждое длиной б (неэффективная длина). Каждый слой (рис. 17) есть пучок таких звеньев, а композит — ряд таких пучков. Опытные данные по прочности, полученные для длинных волокон, могут быть сопоставлены с данными по более коротким волокнам [41], которые в свою очередь связаны с прочностью пучка звеньев из большого числа волокон [15]. [c.288]

Если и матрица, и волокно упруги, неэффективная длина б есть константа, зависящая от геометрии и свойств материала. Если материал матрицы вязкоупругий, сдвиговое напряжение вдоль границы раздела волокно — матрица релаксирует во времени, вызывая понижение осевого напряжения в волокне около разорванного конца (рис. 18). Имея в виду определение неэффективной длины б, видим, что б — возрастающая функция времени, причем скорость роста б зависит от свойств матрицы. Модель разрушения строится с учетом того, что рост неэффективных длин происходит как рост числа элементов материала, которые считаются разрушенными. Такой подход приводит к статистическому определению времени до разрушения при данной нагрузке. [c.289]

Зависящее от времени осевое напряжение в волокне, требующееся для определения зависящей от времени неэффективной длины б t), можно получить из упругого решения (уравнение (4)) при помощи принципа соответствия. Вязкоупругое решение в пространстве изображений, соответствующем преобразованию Лапласа, получается, если вместо упругого модуля сдвига матрицы подставить умноженное на р преобразование Лапласа от релаксационного модуля сдвига матрицы и если применить преобразование Лапласа к начальному условию в уравнении (4), представляю- [c.289]

Другой важной темой, лишь слегка затронутой, являются явления ползучести [29] и роста трещин, которые ведут к неустойчивости полимерных материалов [30] и металлов, аналогичной неустойчивости грунтов [31]. Не менее важной является проблема усталости композитов [32, 33]. Совсем не обсуждалась взаимосвязь между неэффективной длиной волокна [34, 35, 36], минимальным благоприятным отношением [c.29]

Однако, поскольку поведение исходного пучка волокон резко изменяется при нанесении полимерного связующего, это значение. Ос должно соответствовать его нижнему пределу. В композиционном материале волокно, которое разрывается при малой нагрузке, продолжает вносить определенный вклад в несущую способность материала, в противоположность пучку волокон без связующего. Распределение напряжений вблизи разрыва волокна изменяется, так как концы волокон способны передавать нагрузку, хотя и меньшую, чем средняя нагрузка на волокно. На расстоянии /с/2 (неэффективной длины) от каждого конца волокна обе половинки разрушенного волокна снова несут свою полную долю нагрузки. Более того, поскольку волокно разрушается по своему наибольшему исходному дефекту, оставшиеся куски волокна прочнее, чем исходное волокно. Что произойдет далее зависит от распределения прочности волокон и близости волокон друг к другу. На рис. 2.51 показана упрощенная схема изменения распределе- [c.111]

В композициях с короткими волокнами полимер является непрерывной фазой. Продольные растягивающие напряжения передаются на волокна через сдвиговые напряжения в матрице [3, 17, 39—50]. Сдвиговые напряжения, в матрице максимальны у концов волокон и постепенно уменьшаются до нуля к их середине. Растягивающие напряжения в волокнах равны нулю на концах и постепенно возрастают до постоянного значения в средней части волокна. Следовательно, участки волокон вблизи их концов несут значительно меньшую нагрузку, чем центральные участки. Сумма длин концевых участков волокна, необходимых для достижения максимального значения растягивающих напряжений в них, часто называется критической, или неэффективной длиной кр. так как концевые участки являются неэффективными в сопротивлении нагрузке. Другими словами, волокна должны иметь длину не менее, чем кр, чтобы напряжение растяжения в них достигало максимальных значений. Критическая длина волокна зависит от отношения модулей упругости обеих фаз, прочности сцепления между фазами, прочности при сдвиге матрицы и прочности при растяжении волокон. При высокой прочности адгезионной связи, когда разрушение происходит не по границе раздела, а по волокнам или матрице, и матрица разрушается пластически, критическая длина волокон равна [c.271]

Величина в правой части (7.39) играет роль неэффективной длины. Это оптимальная длина армирующего волокна, при которой максимально используются его прочностные свойства. [c.201]

Аналогичные представления о возрастании неэффективных длин волокон с увеличением их объемных долей развивались в работах [73, 266, 267], в которых, исходя из энергетических концепций, вводилось представление о нестабильном состоянии матрицы, т.е. предполагалось, что при высоких объемных долях волокон матрица в месте разрыва волокна теряет пластическую устойчивость. [c.121]

Движение отслоившегося участка разрушившегося волокна имеет резко затухающий характер, он оказывается нагруженным силами трения. Включение отслоившегося участка наряду с недогруженным участком в неэффективную длину волокна делает ее зависимой от реализации тех [c.138]

Моделирование композиционного материала на ЭВМ. При построении дискретной структурной модели материала, как и ранее (см. гл. 4, разд. 8), в композите вьщеляются дефектные сечения, удаленные друг от друга на расстояние минимальной критической длины / .(( д) Учитывается, что волокно в некотором рассматриваемом сечении может выключаться из работы как в результате разрушения в этом сечении, так и после его разрушения в каком-либо другом из близлежащих сечений в результате отслоения от матрицы или при увеличении неэффективной длины по мере релаксации касательных напряжений в матрице. [c.226]

Если в модулируемом сечении остаются неразрушенные волокна или разрывы волокон вообще не отмечались, задается приращение времени At. На каждом шаге по времени вычисляются новые значения прочности волокон (9) и их связи с матрицей (10), и вновь напряжения в волокнах сравниваются со значениями их прочности. Если выполняется условие (12), то вновь разрушенные волокна проверяются на отслоение (13), а разрушенные ранее — на увеличение неэффективной длины. При этом учитывается как изменение прочности связи (10), так и релаксация касательных напряжений в матрице и согласно (5) [c.228]

Решения теории упругости. Более строгая схема решения той же задачи состоит в том, что оборванное волокно рассматривается включенным в анизотропную упругую среду, упругие постоянные которой находятся в результате определения характеристик составляющих гетерогенной системы волокно — матрица. Мы не приводим здесь это довольно сложное решение, при построении которого волокно рассматривается как стержень и граничные условия на плоскости обрыва удовлетворяются интегрально. Оценки неэффективной длины оказываются близкими к тем, которые были получены выше, но распределение касательных 45 ю. н. Работноя [c.697]

Что касается предсказания прочности композита по данным о прочности его компонент, результаты многочисленных работ разных авторов привели пока к результатам в общем негативным. Теория пучка, изложенная в 20.4, даст лишь материал для ориентировочных суждений, уточнение этой теории требует исчерпывающей статистической информации не только о прочности моноволокон, но и о распределении модуля упругости. Распределение Вейсбулла не описывает достаточно точным о(эразом распределение прочности моноволокон, фактически распределение оказывается бимодальным, т. е. функция имеет два максимума. Поэтому экстраполяция прочности на малые разрывные длины, основанная на распределении Вейсбулла, совершенно ненадежна. Определение неэффективной длины в большой мере условно. Поэтому здесь будут изложены лишь некоторые наполовину качественные соображения, принадлежащие Милейко и позволяющие объяснить наблюдаемое изменение прочности и характера разрушения композита в зависимости от объемного содержания волокна. В некоторых случаях эти соображения подсказывают меры, необходимые для улучшения свойств композита. [c.700]

НИИ и при деформировании на сдвиг указывает на увеличение прочности и жесткости на сдвиг при увеличении размеров образца. Численная оценка изменения наибольших напряжений в компонентах 5ерсагЬ-40 от размеров образца при его расслаивании указана в табл. 6.25 большему значению напряжения как в числителе, так и в знаменателе соответствует больший размер образца, т. е. предельное сопротивление 5ерсагЬ-4В зависит от длины волокна в образце [211. Такое заключение легко обосновывается, если учесть, что волокна в мно-гоиаправленном пространственно-армированном. материале перерезаны ограничивающими образец поверхностями при малых размерах образца длина волокна неэффективна для передачи нагрузки. [c.199]

В микрофотоупругих экспериментах используются модели с армирующими волокнами материала-натуры, например со стекловолокнами, волокнами бора, сапфировыми усами и т. д. Эти модели точнее имитируют моделируемый композит, поскольку в них сохраняется трехмерное напряженное состояние и воспроизводятся характеристики сцепления между матрицей и волокнами. Были проведены микрофотоупругие опыты, в которых для определения неэффективной длины волокна и исследования вида и путей распространения микроразрушения изучались распределения напряжений и их концентрация вокруг концов волокон, разрывов волокон и нарушений сцепления волокна с матрицей. [c.520]

Амнрбэйат и Херл [2—4] вывели уравнения, связывающие на-П ряжения при сдвиге с содержанием волокна для различных условий на поверхности раздела высокая адгезия, отсутствие трения отсутствие адгезии, ограниченное трение отсутствие адгезии и трения. Полученные, ими экспериментальные данные показывают, что, по мере того как возрастает коэффициент трения, неэффективная длина волокна нелинейно уменьшается. [c.63]

Рис. 38. Зависимость напряжения, передаваемого на волокно (а), эффективных термических напряжений (б) и неэффективной длины волокон (е) в однонаправленных композитах, армированных волокнами 8-стекла, от содержания волокна [15].

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]

НИИ. Было показано, что совместное действие касательных и растягивающих напряжений влияет на распределение напряжений вблизи разрывов волокон, изменяя, таким образом, неэффективную длину волокна (под б понимается участок длины волокна вблизи места разрыва, на котором осевые напря- [c.45]

Розен ввел понятие неэффективной длины волокна I и, используя условие а/ = pof max, получил следующую зависимость [c.123]

ЭТОГО, если неэффективная длина волокон очень мала, а разброс прочности волокон велик, из теории наиболее слабых связей можно сделать вывод, что прочность композиционного материала может быть больше, чем рассчитанная по правилу смеси с использованием средней прочности волокон, определенной при обычной длине между зажимами [91]. Для карбопластиков, однако, было установлено [99], что их реальная прочность ниже, чем рассчитанная экстраполяцией прочности волокон к очень короткому расстоянию между зажимами с использованием модели невзаимодействующих жгутов волокон. Это свидетельствует о том, что в исследованных материалах наблюдается значительное взаимодействие между разрывами отдельных волокон. В табл. 2.5 приведены типичные показатели прочности некоторых экспериментальных и промышленных композиционных материалов с непрерывными волокнами. [c.114]

Модифицируем модель Розена — Паррата с учетом того обстоятельства, что длина каждого звена волокна L в предельном состоянии является случайной величиной, представляющей собой некоторую функцию Of. Эта функция определена далее для нескольких механизмов разрушения, когда L равна неэффективной длине. [c.73]

Следует отметить, что для разрушения хорошо спроектированного клеевого соехщнения пластины с весьма жесткими слоями должна быть справедлива концепция критической длины, аналогичная соответствующей концепции неэффективной длины для композитов с волокнами (см., например, [1, 49, 60, 182]). А именно, при достаточно высоком напряжении растяжения жесткие слои разделяются поперечными трещинами на отдельные участки, длина которых в направлении растяжения меньше [c.248]

Оценка неэффективной длины волокна. Вопросы оценки неэффективной длины волокна уже обсуждались (см. гл. 2, разд. 6). На рис. 54 представлены зависимости неэффективной длины включающей длину передачи нагрузки и длину отслоившегося участка о от объемных долей волокон и уровня нагрузки. При мапых объемных долях волокон, когда отстутствует отслоение /ц = гр, и с увеличением она убывает, как было показано ранее (см. рис. 28). Но с появлением отслоившегося участка наблюдается резкое увеличение с ростом объемных долей волокон. [c.121]

Рис. 54. Зависимости неэффективной длины волокна от объемных долей волокон при различных значениях прочности связи ]ъ ГтТ - 0.8 Пь1гтТ = 1.5

Непосредственно при моделировании процессов разрушения на ЭВМ принципиальное значение имеет изменение неэффективной длины волокна lff t ) относительно минимальной критической длины /с(т1п) 3,26 [ЬЁс1 [c.226]

Если af --af.fi убывает с течением времени, что означает отсутствие увеличения длины отслоившегося участка, то второй член в (17) остается постоянным, как и на предьщущем шаге по времени. В этом случае приращение неэффективной длины происходит только за счет релаксации напряжений (первый член в (17)). Индекс / соответствует суммированию по разрушенным в данном сечении волокнам. Приращение параметра кх с течением времени на величину, большую 1, означает уменьшение несущей способности волокон в рассматриваемом сечении или в результате развития процессов отслоения, или в результате релаксации напряжений в матрице, Это фиксируется дополнительным выключением из раОотъг волокон, количество которых равно целой части приращения Л , [c.228]

Анализ функций накопления повреждений или кинетики выключения из работы волокон в результате их рйзрывов Н г,, отслоения от матрицы 1 0 и релаксации напряжений в матрице Wf (рис. 117) показывает, что количество волокон, разрушившихся при приложении нагрузки, в течение последующей вьщержки образца меняется незначительно. Плавное накопление повреждений происходит в основном за счет релаксационных процессов, развивающихся в матрице в дефектных местах. Постепенное накопление повреждений (увеличение неэффективных длин или выключение из работы дополнительного количества волокон в квазиобъемной постановке) приводит к повышению напряжений в оставшихся неразрушенных волокнах. В результате при некотором фиксированном моменте времени в моделируемом сечении образца развиваются лавинные процессы разрушения и отслоения волокон, имитирующие развитие макроразрушения образца. [c.230]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...