Передача напряжений от матрицы

Одним из основных параметров, влияющих на прочность композиционных материалов, армированных волокнами, является прочность связи между волокнами и матрицей. Особенно важно обеспечить надежную связь в композициях, упрочненных дискретными волокнами, поскольку от нее зависит эффективность передачи напряжения от матрицы к армирующим элементам. [c.159]

Реакционная способность силанов по отношению к органической составляющей композита. Чтобы обеспечивать хорошее связывание составляющих композита по поверхности раздела и тем самым улучшать передачу напряжений от матрицы к упрочнителю, необходимо также знать факторы, обусловливающие адгезионную связь между силаном и полимером. Для объяснения эффективности силанов в повышении адгезии аппретированного стекловолокна к полимеру предложены следующие механизмы адгезионной связи [c.145]

Передача напряжений от матрицы на волокно 462 [c.479]

Свойства границы раздела матрица — волокно, прежде всего адгезионное взаимодействие матрицы и волокна, определяют уровень свойств композиции и их стабильность в процессе эксплуатации. Граница, обеспечивающая передачу нагрузки от матрицы на волокно, должна отличаться стабильностью свойств. Адгезионная связь должна сохраняться при воздействии напряжений, вызванных различиями в температурных коэффициентах линейного расширения матрицы и волокна. [c.261]

В качестве полуфабриката для диффузионной сварки можно использовать ленты из борного волокна, покрытые нитридом бора и пропитанные расплавленным алюминием. Для получения прочности композита, соответствующей правилу аддитивности, необходима надежная механическая связь на границе раздела. Выполнение этого условия обеспечивает в эксплуатации материала передачу нагрузки от матрицы к волокну. Вместе с тем компоненты композиционного материала, как правило, взаимодействуют между собой. Диффузионные процессы уменьшают прочность упрочняющей фазы и в большинстве случаев приводят к образованию интерметаллидной прослойки в контакте волокна с матрицей. При достижении ширины интерметаллидной зоны 0,5—2,0 мкм композит перестает существовать. Под нагрузкой матрица не передает напряжение на волокно, идет разрушение интерметаллидов, образование и развитие трещин в волокне. Образование твердых растворов еще не приводит к коренному ухудшению свойств, С целью повышения жаропрочности и срока службы композиционных материалов на волокна наносят барьерные диффузионные покрытия. Покрытия могут исключать или значительно замедлять процессы взаимодействия материалов волокна и матрицы. Метод нанесения покрытия должен обеспечивать хорошую связь с волок-но 1, равномерную толщину покрытия и исключать пористость последнего. Другим способом подавления образования нежелательных фаз на поверхности раздела является использование в качестве матрицы сплавов, имеющих пониженную реакционную способность с упрочняющим материалом. С термодинамических позиций необходимо добиваться минимальной разности химических потенциалов компонентов композита. [c.214]

Независимо от механизма передачи напряжений поверхность раздела может явиться самостоятельным источником упрочнения, если микроструктура композита мелкодисперсна. Причина этого эффекта может заключаться во взаимодействии скользящих дислокаций с дислокациями поверхности раздела, а также в связанных с поверхностью раздела силах изображения и в механическом стеснении при деформации матрицы. [c.263]

Хотя применение непрерывных волокон в композитах не связано с трудностями обеспечения связи между волокнами, необходимость переноса нагрузки в областях с сильно меняющимися напряжениями и от разрушенного волокна к соседним указывает в общем на желательность достаточного, но минимального [14] числа механических связей. Значительные требования к передаче нагрузки от волокна к матрице и от матрицы к волокну предъявляются также в месте пересечения волокон любыми границами. Эти границы могут быть свободными от напряжения или являться областями закрепления. [c.29]

Так называемая теория стесненных слоев постулирует, что передача усилия от низкомодульной матрицы к высокомодульным волокнам может быть равномерной и эффективной, если между ними находится межфазный слой с промежуточным модулем упругости [49]. Поскольку экспериментально показано, что частицы наполнителя могут изменять плотность упаковки макромолекул эластичного полимера и уменьшать их подвижность, а следовательно, изменять механические свойства полимера на расстояние до 150 нм от поверхности, эти представления кажутся многообещающими. Был сделан вывод, что аппреты способны уплотнять структуру полимера на границе раздела, оставаясь химически связанными с поверхностью стекла [39]. Однако эти представления трудно увязать с релаксацией напряжений в пограничной области при компенсации термических усадок [29]. [c.46]

Поскольку упрочнение в армированных волокнами системах зависит главным образом от свойств волокон (матрица действует только как среда для передачи напряжения), такие системы по своим высокотемпературным характеристикам должны превосходить системы, упрочненные дисперсными частицами (см. гл. IX). В качестве армирующих используют собственно волокна, усы или проволоку из железа, стали, вольфрама, никеля, молибдена, титана и других металлов, графита, окислов алюминия, бериллия или кремния, карбидов, нитридов, боридов и других тугоплавких материалов. [c.462]

Основная роль матрицы, как указывалось, сводится к передаче касательных напряжений волокнам, что возможно в том случае, когда существует прочная связь на поверхности раздела армирующие усы — матрица. К сожалению, чистые металлы, как правило, не смачивают многие соединения типа карбидов, нитридов, окислов, боридов и т. д., т. е. как раз тот класс материалов, усы которых предполагается использовать в качестве наполнителей. Поэтому нитевидные кристаллы указанных соединений можно использовать только после предварительной обработки поверхности. Кроме того, возникает необходимость защиты поверхности хрупких нитевидных кристаллов от механических повреждений, которые легко возникают при манипулировании, а также при самом процессе изготовления композиции. Обеспечить смачивание и достаточно прочную связь можно, вводя в матрицу поверхностно активные примеси, пони-л ающие натяжение на границе раздела твердой и жидкой фаз. [c.374]

Свойства волокнистых КМ в большой степени зависят от схемы армирования (рис. 14.24). Ввиду значительного различия в свойствах волокон и матрицы при одноосном армировании физическим и механическим свойствам КМ присуща анизотропия. При растяжении временное сопротивление и модуль упругости КМ достигают наибольших значений в направлении расположения волокон, наименьших — в поперечном направлении. Например, КМ с матрицей из технического алюминия АД1, упрочненный волокнами бора, в направлении волокон имеет ггв = 1000... 1200 МПа, а в поперечном направлении — всего 60 - 90 МПа. Анизотропия свойств не наблюдается при двухосном армировании с взаимно перпендикулярным расположением упрочняющих волокон (см. рис. 14.24). Однако по сравнению с одноосным армированием прочность вдоль оси волокон уменьшается почти в 3 раза — с 1000 до 350 МПа (рис. 14.25). Остаются низкими характеристики при сжатии и сдвиге. При растяжении материала вдоль волокон нагрузку в основном воспринимают высокопрочные волокна, а матрица служит средой для передачи усилий. Нагрузки, воспринимаемые волокнами (Рв) и матрицей Pm)i выражаются через возникающие в них напряжения а в и (Тм следующим образом [c.444]

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]

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]

Другая важная проблема микромеханики композитов — это изучение передачи нагрузки от матрицы к волокну (или от волокна к матрице) в том случае, когда внешняя сила действует параллельно волокнам или под углом к ним. Известно значительное число экспериментальных фотоупругих исследований, посвященных напряжениям в матрице, распределениям напряжений у границ раздела матрицы и волокна, концентрации напряжений вблизи концов и разрывов волокон, а также видам разрушения и его развитию. Большинство этих исследований носит качественный характер. Микроскопические фотоупругиеэкс-иерименты, использующие модели с подлинными волокнами мо- [c.494]

При дальнейшем движении диска вдоль оси волокна усилие, передаваемое на диск, затрачивается на преодоление трения в результате действия остаточных напряжений на, поверхно,сти раздела, существование которых обусловлено различием коэффициентов теплового расширения ком1Ионе1Нтов матер,нала. Таким образом, передача нагрузки от матрицы к волокну через поверхность раздела происходит за счет адгезионных связей и силы трения. Вопрос о том, какой из этих факторов преобладает, до сих [c.55]

Обработка поверхности волокон, используемых для армирования пластмасс. Чтобы армированные углеродными волокнами пластмассы, т. е. углепластики, обладали высокими механическими характеристиками, необходимо обеспечить прочность адгезионной связи между углеродными волокнами и полимерной матрицей, достаточную для передачи напряжения от волокна к волокну. Однако поверхность углеродных волокон, образовавшихся в процессе карбонизации или графити-зации, характеризуется слабой адгезией к ней полимерной матрицы. Следовательно, при использовании углеродных волокон для армирования пластмасс необходимо проводить обработку их поверхности с целью повышения адгезии. Обработка поверхности представляет собой обычно слабое окисление поверхности волокон, не снижающее их прочностных характеристик. Окисление осуществляют, например, в жидкости электролитическим методом [14]. 0 [c.37]

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]

В данной главе раосматривается механизм передачи нагрузк>1 от матрицы к волокну через поверхность раздела и тем самым влияние поверхности раздела на структурную целостность композита. В Частности, анализируется влияние адгезии на прочность композитов и морфологию поверхности разрушения рассматриваются адгезионная прочность, методы измерения и расчета напряжений на поверхности раздела, остаточные напряжения и зависимость адгезии на поверхности раздела от режима нагружения композита, а также от наличия в нем пор и размеров волокон. Обсуждается возможность получения композитов с заданными адгезионными свойствами. Чтобы отразить общие тенденции и подчеркнуть наиболее важные моменты, многие из этих зависимостей иллюстрируются графически. Теоретическое рассмотрение указанных вопросов сопровождается соответствующими экспериментальными данными. [c.44]

Смачивание полимерных материалов. Механические характеристики полимерных ко.мпозитов, армированных волокнами, зависят от трех факторов 1) протаости и утфутости волокна, 2) прочности и. химической стабильности полимерной матрицы (смолы, полиэтилен и др.), 3) прочности связи между смолой и волокном, от которого зависит эффективность передачи напряжений через поверхность раздела. [c.103]

Свойства границы раздела, в первую очередь, адгезионное взанмодейсгвие волокна и матрицы определяют уровень свойств композитов и их сохранение при эисплуатации. Локальные напряжения в композите достигают максимальных значений как раз вблизи или непосредственно ва границе раздела, где обычно и начинается разрушение материала. Граница раздела должна иметь определенные свойства, чтобы обеспечить эффективную передачу механической вагрузки от матрицы на волокно. Адгезионная связь по границе раздела не должна разрушаться под действием термических и усадочных напряжений, возникающих вследствие различия в температурных коэффициентах линейного расширения матрицы и волокна или в результате химической усадки связующего при его отверждении. Защита волокон от внешнего воздействия также в значительной степени определяется адгезионным взаимодействием по границе раздела. [c.12]

Специфические капиллярные явления, процессы адсорбции и абсорбции, химические и механохимические процессы, протекающие при воздействии на стеклопластики жидких сред, затрудняют применение термофлуктуа-ционной теории и ее математического аппарата. В этой теории хрупкое разрушение в силовом поле рассматривается как термодеструкция, т. е. как химическая реакция, активируемая напряжением. Капиллярные явления приводят к ускоренному заполнению сообщающихся субмикроскопических дефектов структуры низкомолекулярным веществом. Появление на границе раздела компонентов новой фазы приводит к изменению механизма передачи усилия от наполнителя к полимерной матрице и быстрому падению прочности в начальный период контакта материала со средой. Взаи- [c.150]

Рассматриваемые углерод-углерод-ные материалы при нагружении на растяжение в направлении армирования, так же- как и материалы с полимерной матрицей аналогичной структуры, имеют линейную зависимость о (в) до разрушения (рис. 6.12). Кривые деформирования зтих материалов при сжатии имеют отчетливо выраженный перелом, свидегельстБу-ющий о качественных изменениях в механизме передачи усилий. Напряжения,, при которых наблюдается перелом Б зависимости о (е), составляют 0,55—0,60 от предела прочности. Отличной но отношению к материалам с полимерной матрицей является зависимость прогиба от нагрузки при поперечном изгибе углерод-углеродных материалов (рис. 6.13). Кривые tFmax (i ) имеют несколько переломов, причем даже при малых отношениях l h образца характер этих кривых не изменяется. [c.186]

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]

Верхняя обшивка. Выбран композиционный материал бор — алюминий (В—А1) ввиду высоких показателей прочности при сжатии и удельного модуля сдвига, особенно при температурах 150—200° С. Материал получен диффузионной сваркой монослоев, содерН ащих борные волокна диаметром 140 мкм (47% по объему) в матрице из алюминиевого сплава 6061 и приварен к титановым закоицовкам корня (комля) для передачи нагрузок. Обшивка представляет собой трехслойную конструкцию с листами из бор-алюминия и алюминиевым заполнителем. Внутренняя поверхность выполнена плоской с тем, чтобы упростить проблему крепления. Принятая ориентация волокон 0 45 - с добавлением слоев, ориептгт-рованных под углом 90°, для локального усиления болтовых соединений при наложении действующих по хорде усилий от закрылков и предкрылков. Для крепления листов внешней облицовки к титану необходимы трехступенчатые соединения (см. рис. 13). Вследствие меньших действующих нагрузок для крепления внутренних листов требуется только двухступенчатое соединение. Нагрузка в соединениях по внешней поверхности составляет 3567 кгс/см. Для расчета отверстий болтовых соединений был использован зкспериментальпо определенный коэффициент концентрации напряжений. Отверстие для отбора проб топлива диаметром 76 мм усилено дополнительными слоями, ориентированными в направлениях 0 и 45°. [c.151]

Прочность композиционных материалов зависит не только от прочности самих нитевидных кристаллов, но и от способности металла матрицы передавать им приложенные нагрузки. Передача касательных напряжений на волокне возможна в случае прочной связи на границе раздела компонентов. Для чистых металлов это зачастую неосуществимо. В таком случае необходимо уменьшить межфазное цатяжение в системе. Для этого можно изменить поверхностные свойства окисной фазы путем адсорбционного плакирования или изменить свойства металлического расплава, вводя в него межфазно-активные присадки. [c.69]

Учет неупругих свойств компонентов. Характерные эпюры распределения касательных напряжений, действующих на границе волокна и матрицы, и растягивающих напряжений в волокне при двух уровнях нагрузки в случае чисто упругого деформирования компонентов приведены на рис, 18, а. Одним из важнейших параметров, характеризуюпдах распределение напряжений в композите с дискретными или с разрушенными волокнами, является длина области передачи нагрузки Хр) или такое расстояние от конца волокна, на котором растягивающее напряжения в нем достигают уровня напряжений в неразрушенном волокне или составляют от него некоторую долю ФоГ, где Ф= 0,97 0,99. [c.53]

При имитационном модехшровании /на ЭВМ композитов с хрупкими волокнами в первую очередь учитывается то обстоятельство, что волокна в композите могут разрушаться неоднократно, Анализ процессов перераспределения напряжений, динамических эффектов показал, что волокна могут разрушаться, дробиться как на отрезки, меньшие критической длины (в результате действия волн перегрузки), так и на отрезки значительно большие (при отслоении их от матрщы). Но, несмотря на разнообразие ситуаций, возникающих при разрывах волокон, основным механизмом включения в работу разрушившихся волокон является перераспределение напряжений между ними посредством сдвиговых де формаций и соответствующих им касательных напряжений матрицы В силу этого за элемент структуры композиционного материала прини мается отрезок волокна с окружающей его матрицей, длина которого равна удвоенной длине передачи нагрузки / (min)> рассчитанной в пред положении упругого деформирования компонентов (1) разд. 9, гл, 2 [c.145]

Важнейшей задачей при создании систем преобразования видеосигнала является построение оптимальной схемы управления формированием и обработкой видеосигнала. Известно, что от формы тактовых импульсов, степени их перекрытия, крутизны фронтов зависит эффективность переноса. На выход формирователя видеосигнала проникают импульсные наводки (например, от транзистора сброса), и от степени их подавления зависит качество телевизионного изображения [28]. Телекамера на среднеформатной матрице ПЗС, содержащей 288x232 элемента разложения, включает два тактовых генератора, состоящих из синхрогенераторов и формирователей фазных напряжений, а также усилитель-формирователь видеосигнала (рис. 3.28). Один тактовый генератор, работающий на частоте 280 кГц, предназначен д.яя управления секциями накопления СИ и памяти СП, а другой высокочастотный (до 14 МГц) — для управления выходным регистром ВРг. Камера работает на телевизионное воспроизводящее устройство без чересстрочной развертки. Растры обоих полей идентичны и имеют по 288 строк на прямом ходе кадровой развертки и по 24 строки на обратном. В этом случае снижаются требования к качеству кадровой синхронизации, а отличие кадровой или строчной частоты от стандартных составляет не более 0,2 %. Для передачи изображения в первом поле используются нечетные строки, а четные гасятся, во втором поле — наоборот. Во время обратного хода кадровой развертки осуществляется 144 переноса заряда из секции накопления в секцию памяти. Информация из секции памяти выводится с интервалом в две строки во время обратного хода строчной развертки. При этом частота всех переносов в этих двух секциях одинакова и составляет примерно 94 кГц. [c.106]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...