Передача напряжений от матрицы на волокно

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...