Волокнистые композиты виды разрушения

Разрушение при растяжении волокнистых композитов включает распространение разрушения в двух направлениях, но в других отношениях качественно подобно одномерному распространению при разрушении слоистых композитов. При этом, однако, имеется количественное расхождение в характере взаимодействия элементов при изолированных разрушениях и в числе видов распространения разрушения от элемента к элементу. Процесс накопления критической степени поврежденности в волокнистых композитах, армированных в нескольких направлениях, приводит к значительно более сложной картине неустойчивости разрушения, чем в рассмотренных выше случаях, поскольку при взаимодействии элементов происходит их изгиб и значительный поворот. [c.180]

В работе [52] развита полуэмпирическая детерминистическая схема для предсказания и установления взаимосвязи между распространением усталостной трещины, остаточной прочностью и временем жизни слоистых волокнистых композитов с надрезами и отверстиями. Этот подход находится в соответствии с принципами усталостного износа ) и охватывает главные физические характеристики и механизмы разрушения, которые наблюдались при статических и усталостных испытаниях волокнистых композитов (см., например, [45]). Существует три вида такого разрушения [c.87]

Рис. 6.2. Характерный вид разрушения при сжатии волокнистого композита на основе металлической матрицы

При кажущейся простоте испытания на растяжение имеют ряд принципиальных особенностей, обусловленных структурой и свойствами исследуемых материалов. Упругие и прочностные свойства, как правило, изучаются на образцах разной формы. Главная трудность испытаний на растяжение волокнистых композитов состоит в создании однородного напряженного состояния на всей мерной базе. Известно, что принцип Сен-Венана значительно хуже выполняется для анизотропных материалов, чем для изотропных. По сравнению с традиционными материалами резко возрастают зоны краевого эффекта. В этой связи стремление получить надежные данные о жесткости при заданной длине мерной базы, т. е. того участка образца, на котором происходит измерение деформаций, приводит к увеличению длины образца. Это в свою очередь обусловливает возможность перехода от одного вида разрушения к другому. Наиболее частые ошибки при оценке прочности и состоят в том, что применяемый математический аппарат для обработки результатов испытания не соответствует виду разрушения. [c.51]

Рассмотрим подробнее феноменологическую сторону вопроса разрушения поверхности при трении. Поверхностный слой при сухом трении находится в сложно-напряженном состоянии сжатия со сдвигом. В работе [12] приводятся данные, полученные на основе изучения береговой линии частиц износа, которые показывают, что сила трения может инициировать в поверхностном слое как трещины нормального отрыва, так и трещины сдвига. Береговая линия каждой частицы образуется в результате объединения различных видов трещин. Можно предположить, что АЭ сигналы, соответствующие этим двум видам трещин, должны различаться. Это предположение основывается на результатах исследования разрушения волокнистых композитов. При этом было показано, что разрушение волокон при приложении осевой нагрузки к ним сопровождается относительно короткими сигналами АЭ, а разрушение же элементов композита, обусловленное сдвиговыми процессами (разрушение межфазовых границ раздела, вытягивание волокон из матрицы), сопровождается длинными сигналами АЭ. В нашем случае в качестве критерия относительной длины сигнала можно взять отношение двух измеряемых параметров АЭ сигнала - числа осцилляций 8 в сигнале к его максимальной амплитуде А в мВ на выходе канала усиления. Можно сделать еще одно предположение, которое заключается в том, что в первую очередь в поверхностном [c.69]

В волокнистых металлических композитах, за исключением композитов с направленной эвтектикой, волокно и матрица, как правило, не находятся в состоянии химического равновесия. Из всех факторов, воздействующих на усталостную прочность композита, вероятно, самым малопонятным является влияние прочности и микроструктуры на границе раздела волокна и матрицы. Увеличение прочности происходит в результате того, что посредством касательных напряжений усилия передаются через границу раздела волокна и матрицы, и высокомодульные волокна несут большую часть приложенных параллельно им нагрузок. Поверхности раздела играют и другую важную роль в сопротивлении разрушению, контролируя вид распространения трещин они могут отклонять распространяющиеся трещины и задерживать рост трещин. [c.396]

Полученные результаты следует рассматривать как предварительные, так как рассмотренные модели не воспроизводят пока некоторые специфические эффекты, которые сопутствуют продвижению макротрещины в волокнистом композите и которые могут оказывать решающее влияние на развитие разрушения и трещиностойкость композитов в целом. В первую очередь имеется в виду множественное растрескивание, накопление разрывов волокон в объеме, прилегающем к фронту трещины [108]. Эти процессы, приводящие к дополнительному "размазыванию и в ряде случаев предопределяющие повышенную трещиностойкость, анализируются в работе [109] также с применением элементов имитационного моделирования на ЭВМ, [c.252]

Проблема разрушения — одна из центральных в механике композитов. Число работ в этой области непрерывно растет, появились и обобщающие монографии. Предлагаемая книга посвящена анализу специфического, присущего только волокнистым композитам, вида разрущения — расслаивания слоистых материалов вблизи свободных кромок. Расслаивание само по себе непосредственно не приводит к катастрофическому разрущению конструкций из композитов. Оно способствует развитию иных видов разрущения, снижая прочность и, главное, ресурс конструкций. Составитель и редактор книги д-р Н. Пэйгано — ведущий специалист США в области механики композитных материалов. Именно он одним из первых обнаружил явление расслоения плоских конструкций по свободным боковым граням, получившее название кромочного эффекта. Авторский коллектив составили известные американские специалисты д-ра С. Сони, А. Ванг, Р. Ким и Дж. Уитни. Это позволило охватить с единых позиций различные аспекты рассматриваемой проблемы. [c.5]

Потенциальные возможности волокнистого композита в наибольшей степени проявляются при его нагружении в направлении волокон. В этом случае очень важен механизм передачи нагрузки от волокон к матрице и обратно. Существуют четыре возможных вида разрушения (1) разрыв волокна, (2) сдвиговое разрушение на границе раздела, (3) разрыв по границе раздела от растяжения и (4) разрыв матрицы. Полный микромеханиче-ский анализ напряжений должен предсказывать вид разрушения в данном композите и определять оптимальные свойства компонентов композита. [c.517]

На практике не всегда так ясно определимы различные виды разрушения. Композиты могут разрушаться в результате комби- нации механизмов, особенно если матрица может стать хрупкой под влиянием локального напряженного состояния. В указанных моделях единственной функцией матрицы является создание барьера для распространения трещины, а статистические результаты применимы только к прочности хрупкой составляющей. В действительности матрица может нести часть нагрузки и может влиять на величину пика напряжений в композите вследствие ее способности к пластической деформации. Растрескивание частиц не может быть независимым, так как разрушенная частица может сильно влиять на изменение распределения напряжений в ее окрестности и, следовательно, трещины не могут распределяться случайно. Влияние концентрации локальной деформации вследствие разрыва волокна в волокнистом композите обсуждено в [3] в связи со статистическими моделями Гюсера — Гурланда и Розена, приведенными в [36, 37, 77]. Связанная с ними проблема образования больших критических трещин проанализирована статистическими методами в [56]. [c.102]

Большинство композитов, описанных в настоящей главе, есть непрерывные однонаправленные волокнистые композиты (НОВК), имеющие большую объемную долю волокон. В результате продольная прочность в основном определяется прочностью самих волокон. Таким образом, если волокна обладают свойством ползучести, то им обладают и композиты на их основе. В небольшом числе работ по композитам, армированным вольфрамом и бериллием, обнаружено разрушение при ползучести. С другой стороны, разрушение под нагружением может появиться как результат комбинации двух факторов статистической прочности хрупких волокон и временных свойств вязкоупругой матрицы. Такая комбинация создает вероятность непрерывного изменения напряженного состояния внутри композита, даже при испытании на разрушение. Эти изменения также приводят к явлению запаздывания разрушения. Поэтому очень важно рассмотреть как матрицу, так и волокно при изучении длительной прочности композита, причем нужно иметь в виду, что матрицы оказывают очень незначительное влияние на кратковременную продольную прочность композитов, но играют очень важную роль в его длительной прочности. Часть работ посвящена исследованию эффектов скорости деформации на прочность НОВК оказалось, что только армированные стеклом композиты, по-видимому, чувствительны к изменениям скорости. [c.269]

Суммируя данные о влиянии скорости деформации на прочность однонаправленных волокнистых композитов, можно сказать, что, по-видимому, в интервале изменения скорости деформации, обычно используемом в стандартных испытательных машинах, изменения значений прочности не слишком велики. Эти изменения составляют 10 или 20% в зависимости от свойств составляющих и геометрии композита. При испытаниях с разными скоростями деформации наблюдались разные виды разрушения, однако в настоящее время не существует модели для предсказания прочностных свойств различных композитных систем при нагружении с переменными скоростями деформации. [c.321]

В каждом из слоев многонаправленного слоистого композита возникает сложное напряженное состояние, даже если композит в целом находится под действием одноосного напряжения. Следовательно, и в простейшем случае нагружения композита начало разрушения слоя должно определяться при помощи соответствующего критерия предельного состояния. Предложено много разновидностей критериев прочности однонаправленных композитов, рассматриваемых как однородные анизотропные материалы (см., например, [10] ), в форме, удобной для описания экспериментальных данных. В основу этих критериев положена гипотеза, согласно которой однонаправленный волокнистый композит считается однородным анизотропным материалом. Можно ожидать, однако, что для оценки предельного состояния композита потребуется рассмотрение таких деталей механизма разрушения, которые определяются неоднородностью материала на уровне армирующего элемента. Дело в том, что виды разрушения, вызванные разными по направлению действия напряжениями, имеют принципиально различающиеся особенности. [c.44]

Необходимо также учитывать, что при оптимальных значениях параметров процесса смешивания частиц наполнителя со связующим диаметр капель связующего составляет 8—10 мкм [196]. С другой стороны, поверхность частиц, например древесного наполнителя, представлена либо частично, либо полностью разрушенными стенками древесных клеток [197]. При этом вскрытые элементы клеток имеют размеры 10 —30 мкм. Поскольку диаметр капель связующего сопоставим с размерами микронеров — ностей на поверхности частиц наполнителя, то клеевое соединение или клеевой шов по структуре ближе не к каплям или пленке связующего на подложке, а к волокнистому композиту с нерегулярной матрицей в виде кластеров. [c.199]

Имитация накопления поврежцений в волокнистых композитах. Термо активационный характер разрушения отдельных волокон в композите предполагался в работе А.И. Мелькера и В.И. Сидорова [104]. Имитационная модель материала при этом представляла собой пучок связанных волокон, укладка которых фиксировалась в виде центрированной квадратной решетки. Предполагалось, что волокна, разрушаясь один раз, полностью выключаются из работы. Время до разрушения некоторого волокна задавалось аналогично (1) [c.142]

Волокнистые композиты, состоящие из высокопрочной хрупкой фазы в виде тонких волокон и низкопрочной пластичной фазы — матрицы,— заполняющей пространство между волокнами, обладают достаточно Bbi oKHvi сопротивлением хрупкому разрушению, высокой температурной прочностью и низкой обра батывае.мостью резанием. Сопротивление деформированию к разрушению при резании этих материалов определяется направлением сдвиговых напряжений (в плоск ости волокон или перпендикулярно им). [c.40]

Разрушение однонаправленных волокнистых, слоистых и слоисто-волокнистых композитов по плоскости раздела слоев наиболее близко по характеру к видам разрушения, которые рассматриваются в механике разрушения. Направление развития трещины в этом случае задано расположением слоев. Поэтому для оценки трещиностойкости композитов при межслойном разрушении часто применяют те же методы испытаний и обработки результатов, что и для обычных конструкционных материалов. Отличие состоит лишь в том, что в расчетах учитывают анизотропию композитов как макроскопически однородных материалов [24]. [c.178]

Ниспадающая ветвь графика деформационной зависимости при испытаниях металлических образцов является отражением, большей ча стью, равновесного прорастания магистральной трещины [120]. В oi> дельных случаях это справедливо и для композитов [349, 361]. Вместе с тем, если прочностные и деформационные свойства элементов структуры неоднородной среды существенно отличаются, что характерно для болыш1нства композиционных материалов, то формировал ния выраженной макротрещины может не происходить. Однако развитое дискретное рассеянное разрушение слабых элементов и в этом случае приводит к спаду на диаграмме [357]. Хаотичность включений обеспечивает последовательность возникновения зон разрушения в отдаленных друг от друга частях неоднородной среды, что создает преграду для локализации деформаций и позволяет с использованием вероятностных подходов определять связи между средним напряжением и средней деформацией [125]. Определенная структурная неоднородность обеспечивает преим]гщественный вид деформации, отличный от локализованного. В частности, для тел волокнистой структуры ниспадающий участок диаграммы возникает в результате последовзг тельного обрыва неравнопрочных волокон [124]. Характер процесса разрушения неоднородных сред существенно зависит от хаотичности в расположении и степени разброса свойств элементов структуры, поэтому статистические характеристики прочности этих элементов во многом предопределяют параметры ниспадающей ветви, в частности, ее наклон, который отражает склонность материала к хрупкому разрушению. [c.26]

В главе 6 на основе результатов глав 4 и 5 разработаны дву- и трехмерные дискретно-структурные модели динамики волокнистых композиционных сред и многослойных панелей при интенсивных импульсных нагрузках. При построении модели учитывается соотношение между макро-, микро- и мезомасшта-бами величин, характеризующих параметры слоев, структурой композиционного материала, уровнем дискретизации и характерной длиной волн динамического процесса. Определяющие уравнения используются для каждой компоненты композита. Предполагается полная адгезия волокон и связующего до разрушения. Мощность внутренних сил дискретного элемента определяется в виде суммы мощностей каждой его компоненты. Простые варианты моделирования разрушения позволяют достаточно эффективно описывать процессы расслоений в связующем, разрывы волокон, их взаимодействие и последующее деформирование. Приведены примеры численного моделирования развития процессов деформирования в двумерных сечениях слоистых композиционных панелей и панелей с ребрами жесткости при локализованной и распределенной импульсной нагрузке. Эти результаты подробно иллюстрируются рисунками, полученными при графической обработке численной информации. Выявлены общие закономерности развития процессов разрушения в слоистых композиционных панелях. [c.8]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...