Концентрация напряжений для пластичной матриц

Наиболее желательны равноосные компактные графитные включения без ответвлений. В этом случае большой концентрации напряжений в матрице не происходи , и чугун проявляет высокую прочность и пластичность. [c.155]

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]

В этом интервале содержания частиц разрушение считается хрупким, потому что композит разрушается при напряжении ниже действительного (в инженерном представлении) предела текучести матрицы. Так как слои пластичной матрицы очень тонкие, а степень пластического стеснения высокая, поэтому предотвращается релаксация местной концентрации напряжений, что приводит к возникновению трещины. Прочность определяется сопротивлением распространению трещины в композитной структуре, которое в основном зависит от количества и распределения пластичной фазы. Можно утверждать, что увеличение среднего свободного пути в матрице приводит к повьппению прочности вследствие уменьшения степени стеснения. [c.93]

Рассмотрим двумерный слоистый композит, состоящий из параллельно уложенных армирующих листов и растяжимой матрицы, под действием растягивающегося напряжения в плоскости. Поскольку по своей природе разрушение армирующих элементов контролируется в основном величиной напряжения, то мы предположим, что процесс разрушения композита будет состоять из последовательности разрушений элементов, как показано на рис. 4. Ясно, что, как только появится трещина, возникнет концентрация деформаций в точках А ж А. Если матрица является упругой с низким модулем или пластичной с заданным пределом текучести, то в двух элементах непосредственно перед кончиком трещины возникнет концентрация напряжений и наиболее вероятно, что разрушение этих элементов произойдет в точках Я и Я, а не в каком-либо другом месте. Элементы, соседние к этим двум, также находятся в условиях перенапряжения, но в меньшей степени. Нас [c.181]

Когда к такому двумерному слоистому композиту, составленному из элементов, имеющих определенный разброс прочности, приложено в направлении армирования растягивающее напряжение о, могут происходить изолированные разрушения элементов в местах локализации наиболее опасных дефектов. Разрушенные элементы будут тогда разгруженными на определенной длине а/2 с каждой стороны от разрыва. Часть нагрузки, которую нес разрушенный элемент, передается соседним неразрушенным элементам. При этом в них возникает концентрация продольного растягивающего напряжения, которая рассматривалась в предыдущем разделе и показана на рис. 4 и 5 для двух ближайших элементов с каждой стороны от разрушенного элемента в случаях упругой и пластичной матриц. [c.186]

Для обеспечения физической совместимости матрица должна иметь достаточные пластичность, податливость и прочность, чтобы передавать силовые нагрузки армирующим элементам равномерно и непрерывно. К тому же локальные напряжения в матрице, вызванные дефектами или движением дислокаций, не должны вызывать высоких локальных концентраций на волокне. [c.42]

Увеличение глубины внедрения режущих кромок до начала образования трещин может быть достигнуто или уменьшением деформаций вблизи режущей кромки, или увеличением пластичности металла. И то и другое используется в листовой штамповке для улучшения качества поверхности среза. Первое осуществляется уменьшением концентрации напряжений и неравномерности деформаций за счет притупления одной из режущих кромок. Притупляется кромка рабочего инструмента, образующего у детали на поверхности среза блестящий поясок, высоту которого желательно увеличить (пуансона при пробивке или матрицы при вырубке). Притупление кромки уменьшает концентрацию напряжений вблизи нее и значение наибольших деформаций, возникающих около режущей кромки, что приводит к образованию трещины при несколько большей глубине внедрения, чем при острой режущей кромке. [c.76]

Деформирование и разрушение полимер-полимерных композиций, состоящих из жесткой матрицы и диспергированных в ней эластичных частиц, обсуждено в гл. 5. Эффект введения в жесткий полимер эластичных частиц часто противоположен эффекту введения жесткого наполнителя. При этом ударная прочность и относительное удлинение при разрыве резко возрастают, а модуль упругости и разрушающее напряжение при растяжении несколько уменьшаются. Если при введении частиц эластичной фазы появляется предел текучести, дальнейшее увеличение концентрации каучука вызывает снижение его [99, 100] при резком уменьшении разрушающего напряжения при растяжении [101 ]. При постоянной концентрации эластичных частиц предел текучести снижается с повышением температуры [102]. Этого следовало ожидать, так как при повышении температуры возрастает подвижность полимерных цепей и требуется меньшее напряжение для проявления пластичности даже для немодифицированного полимера. [c.241]

Показано, что вблизи структурного перехода материал деформируется на низком структурном уровне в никелиде титана формируются высокодисперсная и квазиаморфная структуры. При этом наблюдается существенное упрочнение связующей фазы без потери ею пластичности, что сопровождается одновременным повышением вязкости и прочности композита. В том случае, когда материал нагружается вдали от области превращений, деформация его осуществляется на высоком структурном уровне. Дислокационное скольжение в никелиде титана не позволяет эффективно релакси-ровать высокие концентрации напряжений в матрице, и такой композит ведет себя хрупко. [c.19]

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]

Расчеты Чена и Лавенгуда [4] для распределения напряжений вдоль разрушенных упругих волокон при помощи метода конечных элементов и сдвигового анализа показали, что отсутствие сингулярности напряжения при сдвиговом анализе часто приводит к нереально низкой концентрации напряжений. Это свидетельствует о том, что применимость данного метода для расчета неоднородных упругих полей напряжений ограничена. Грубый предельный анализ для случая пластичной матрицы был проделан в работе [32], где предполагалось, что все усилия в разрушенных соседних элементах на длине 2с в поперечном сечении передаются двум элементам с каждой стороны трещины. При этом получено следующее распределение растягивающего напряжения в этих элементах [c.185]

Протяженность области концентрации напряжений dg или пластической зоны dp в слоистых композитах с упругими или пластичными матрицами определяет область влияния неоднородности напряженного состояния, вызванной разрушением одного или более находящихся рядом армирующих элементов. Как только произойдет разрушение с образованием трещины, как показано на рис. 4 и 5, напряжения в двух элементах с каждой стороны ее на длине б = 2й возрастут по сравнению с номинальным напряжением всюду вне этой области. Наиболее вероятно, что дальнейшие процессы разрушения будут локализованы в этой полосе длины б и сопровождаться развитием существующей зародьнпевой трещины. Следовательно, как отметили впервые Гюсер и Гурланд [12] и широко использовал Розен с соавт. [30], нагруженный слоистый композит полной длины L можно рассматривать как ряд из п = = ЫЬ статистически независимых соединенных звеньев, как показано на рис. 6, в каждом из которых может независимо происходить зарождение разрушения и процесс его развития. [c.185]

Высокие пластичность и ударная вязкость металлических матричных сплавов наиболее важные свойства в композиционных материалах, так как армирующий компонент не обладает хорошей ударной вязкостью. Пластичные металлические матрицы, такие, как алюминий, титан или никедехромовые сплавы при ударных нагрузках поглощают энергию пластической деформации, что очень важно для многих областей использования динамических конструкций. Пластичная матрица такя е позволяет притуплять вершину трещпны и уменьшать концентрацию напряжений в ре- [c.16]

Предполагается, что однонаправленные ленточные композиции должны обладать высокой трансверсальной прочностью. Теоретические расчеты, выполненные с использованием ЭВМ, подтверждают это предположение [96]. Однако на практике часто наблюдается низкая прочность таких композиций [97]. Если адгезионная прочность сцепления ленты с матрицей мала, то прочность композиций резко падает с увеличением концентрации лент [96]. Кроме того, даже при хорошей адгезии экспериментальные значения прочности могут быть низкими из-за того, что матрица не удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям. Для достижения высокой прочности ленточных композиций необходимо выполнение следующих условий [98] повышенная адгезия полимера к ленте пластичность и высокие значения удлинения при разрыве матрицы для сведения к минимуму влияния концентрации напряжений из-за термических напряжений, возникающих в процессе получения образцов и изделий высокие значения wit (выше определенного критического уровня) и перекрывание лент для обеспечения полной передачи напряжений от матрицы к лентам регулярное распределение лент, с тем, чтобы обеспечить размер перекрываемых участков выше критического, а также полное отсутствие пор, пустот, отслоений матрицы от лент (это условие может быть выполнено только при высокой точности технологических процессов получения композиций) прочность матрицы при растяжении и сдвиге должна быть выше ее предела текучести композиция должна разрушаться трансверсальным разрывом лент, а не разрушением при сдвиге матрицы. [c.285]

Серьезный недостаток бериллия, заключающийся в низкой ударной вязкости и хладноломкости, может быть преодолен использованием сплавов с алюминием. Из диаграммы состояния А1— Ве видно, что эти элементы практически юаимно нерастворимы (рис. 15.3). В таких сплавах эвтектического типа твердые частивд.1 бериллия равномерно распределены в пластичной алюминиевой матрице. Сплавы содержат 24-43 % алюминия, остальное — бериллий. Фирмой Локхид (США) разработан сплав, содержапщй 62 % бериллия, названный локеллоем. Сплавы Be— А1 имеют структуру, состоящую из мягкой пластичной эвтектики и твердых хрупких включений первичного бериллия. Эти сплавы сочетают высокую жесткость, прочность и малую плотность, характерные для бериллия, с пластичностью алюминия (рис. 15.4). Благодаря пластичности матрицы снижается концентрация напряжений у частиц бериллиевой фазы и уменьшается опасность образования трещин, что позволяет использовать сплавы в условиях более сложного напряженного состояния. [c.637]

Что касается влияния второй фазы на текстуру деформации, то оно зависит от пластических свойств фазы, а также от количества, морфологии и распределения ее в матрице. Как правило, наличие большого количества второй фазы с более низкой пластичностью, чем пластичность матрицы, блокирует развитие скольжения и двойниковання в первичных высоконапряженных системах сдвига, создает локальную концентрацию внутренних напряжений и тем самым стимулирует активность большого числа латентных низконапряженных систем сдвига. Это нарушает закономерности образования текстуры деформации металлов и приводит к разориенти-ровке свойственной ему текстуры, вплоть до полного ее исчезновения. [c.201]

При нагружении поликристаллов возможность протекания макродеформации без нарушения сплошности материала существенно зависит от способности смежных зерен к самосогласованному формоизменению. В малопластичных и хрупких материалах в зонах концентраторов напряжений при относительно низких средних напряжениях зарождаются микротрещины и материал быстро разрушается. Аналогичная картина имеет место и в композиционных материалах концентрация напряжений в зонах стесненной деформации из-за отсутствия эффективной диссипации в матрице не успевает релаксировать и образуются несплошности материала и разрушение при небольших степенях деформации. Если провести аналогию с поликристаллами и дальше, то следует ожидать, что переход к макродвижению элементов структуры как целого приведет к интенсификации пластической деформации и эффективной диссипации упругой энергии. Это и будет определять в конечном итоге пластичность гетерофазного материала. [c.187]

Сплавы этого класса представляют простейший, в некоторых отношениях, случай, поскольку их поведение при водородном охрупчивании можно относительно легко связать с простыми физикометаллургическими свойствами. Как уже указывалось, имеющиеся данные позволяют предполагать (правда, не с полной уверенностью), что связанные с водородом потери пластичности обусловлены присутствием включений и выделений [72, 74, 87]. Последовательность событий при этом, по-видимому, такова. Дислокации, несущие водород, при деформации скапливаются около частиц, в результате чего динамически может создаваться высо кая локальная концентрация водорода [314]. Часть этого водорода может освобождаться в результате перекрывания полей напряжений дислокаций, а еще часть водорода будет захвачена включением [314]. Когда на растягиваемом образце начинает формироваться шейка, водород принимает участие в локальных процессах, и может либо снижать прочность границы раздела частица/матрица, либо стабилизировать малые полости или трещины, образующиеся в частицах, либо проникать в полости растущие вокруг частиц и содействовать их росту, за счет внутреннего давления Нг. Отметим, что последнее взаимодействие начинается только на стадии образования шейки. Все перечисленные процессы могут облегчать и ускорять обычное вязкое разрушение и делать его возможным при меньшей деформации, что, в свою очередь, соответствует потере пластичности и уменьшению относительного сужения, или же ускоренному растрескиванию при испытаниях на КР. Весь ход событий можно проследить по рис. 52. [c.139]

Пластины графита с острьи 1и краями уменьшают живое сечение металлической матрицы и, главное, являются внутренними концентраторами напряжений, способствующими зарождению и развитию трепщн. Коэффициент концентраций растягивающих напряжений около пластин графита достигает 7,5. Пластины графита сильно снижают прочность и пластичность чугуна при растяжении. Относительное удлинение серых чугунов с пластинчатым графитом, как правило, не превышает 0,5-1,0 % и стандартом не гарантируется. На прочность при сжатии включения графита влияют значительно слабее, поэтому чугун особенно вьпгодно использовать для изготовления деталей, работающих на сжатие. [c.411]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...