Работа деформирования волокон

Работа деформирования волокон (пластичные волокна, [c.468]

Вообще говоря, следует отметить, что все вклады в работу разрушения композита, связанные с деформированием волокон или матрицы, а также с отслоением и вытаскиванием волокон, увеличиваются с ростом абсолютного размера волокон и с уменьшением степени совершенства связи между волокном и матрицей. [c.473]

Приведенные кривые модулей релаксации и зависимости напряжений от деформаций при постоянной скорости деформирования были получены для растяжения, сжатия и изгиба образцов из эпоксидной смолы на рис. 2 соответствующие сжатию кривые построены по данным работы [69]. Впоследствии те же авторы [70] построили приведенные кривые для композитов с матрицей из эпоксидной смолы и включениями в виде стеклянных шариков, или параллельных стеклянных волокон, или пузырьков воздуха (пенопласт) при всех указанных выше видах нагружения. [c.118]

В работе [13] было проведено экспериментальное исследование влияния скорости деформирования на свойства различных волокон. Данные показывают отсутствие влияния скорости на жесткие волокна, такие, как борные или графитовые, и пренебрежимо малое влияние на волокна З-стекла. Однако волокна Е-стекла оказываются чувствительными к скорости деформирования [60]. [c.160]

Если и волокна, и матрица пластичные, не ясно, можно ли при помощи какой-нибудь элементарной теории рассчитать вклады в работу разрушения композитов за счет пластических деформаций волокон и матрицы, так как при переходе обеих фаз в пластическое состояние ни та, ни другая не обеспечивают ограничения пластической деформации и границы зоны деформирования нелегко рассчитать. Некоторые работы по этому вопросу [29, 30[ проводились на системе волокна нержавеющей стали — алюминий, и было обнаружено, что вклад волокон можно удовлетворительно описывать выражением типа уравнения (27), и, если затем просуммировать этот вклад с вкладом матрицы, определенным по соображениям, аналогичным приведенным в разд. III, В, 1, можно получить хорошее согласие с экспериментально измеренной величиной вязкости разрушения. Следовательно, по крайней мере в этом случае, вклады от пластических деформаций двух фаз могут быть, по-видимому, вычислены независимо, а затем просуммированы. [c.468]

Вязкость разрушения, или сопротивление материала распространению трещины, может быть определена также при помощи понятия критических скоростей высвобождения энергии при продвижении трещины ди, связанных с Ki - Многочисленные авторы (см., например, [18—23]) исследовали распространение разрушения, изучая механизмы рассеяния энергии, например выдергивание волокна, нарушение связи волокно — матрица, релаксация напряжения, разветвление трещины и пластическое деформирование матрицы. Механизмы рассеяния энергии, знание которых позволяет определить вязкость разрушения, сложны по своей природе и зависят от прочности связи волокно — матрица, типа матрицы (хрупкая или пластичная), диаметра волокна, прочности волокна и т. д. Поэтому только тщательное исследование поверхностей, образовавшихся в результате разрушения, дает основание для установления соответствия экспериментально определенных значений Gu тому или иному механизму. Так, например, было сделано предположение о том, что вязкость разрушения стекло- и боропластиков связана главным образом с величиной упругой энергии, накопленной в волокнах, а соответствующая характеристика углепластиков на эпоксидном связующем — с работой докритического распространения микротрещины и работой выдергивания разорванных волокон. [c.53]

Очевидна большая важность этих результатов для конструкторов изделий из стеклопластиков. В работе [72] также успешно использован подход линейной упругой механики разрушения для определения работы инициирования разрушения и энергии разрушения полиэфиров, наполненных 15% (об.) длинных волокон из стекла Е. Полученные в этой работе результаты по зависимости Ур от скорости деформирования и глубины надреза полностью аналогичны результатам, полученным в работе [58] для полиэфирных премиксов. Харди [73] исследовал разрушение ряда термопластичных литьевых композиций на основе полиформальдегида, наполненного стеклянными волокнами с различной поверхностной обработкой. При содержании стеклянных волокон от 10 до 40% (масс.) были получены значения Ки в интервале от 4 до 6,2 МН/м 2, близких к К с для полиэфирных премиксов. Автор сделал выводы, что К с является линейной функцией вклада волокон в прочность при растяжении. С другой точки зрения его величина практически не зависит от количества и длины волокон и характера их поверхностной обработки. Эти выводы согласуются с данными, полученными в работах [58, 68] о том, что вклад волокон в прочность при растяжении наполненных композиций по крайней мере приблизительно пропорционален содержанию волокон. Харди установил также, что размеры начального дефекта совпадают с длиной волокон и показал, что ударная прочность по Изоду с надрезом пропорциональна G , рассчитанной по экспериментально найденным значениям К с. [c.105]

От указанных недостатков свободен структурный подход к установлению критериев прочности композитных материалов. Это направление в механике композитных материалов, представленное работами [50, 124, 146, 168, 172, 181, 192, 195, 199, 241, 255, 267, 278, 281, 310, 343 и др.], базируется на изучении истинных напряжений элементов субструктуры, для каждого из которых принимается тот или иной критерий прочности. Истинные напряжения восстанавливаются после определения средних (по объему представительного элемента) характеристик напряженно-деформированного состояния при помощи уравнений используемой структурной модели композитного материала. Таким путем удается вычислить разрушающие интенсивности внешних нагрузок всех элементов композита и наименьшую из них естественно принять в качестве нагрузки его начального разрушения. Этот подход позволяет выявить эффективность работы связующего и армирующих элементов, указать рациональные по прочности параметры армирования и открывает пути к управлению прочностными свойствами композитных материалов. В то же время необходимо отметить оценочный характер получаемых при этом результатов, поскольку их установление базируется на анализе локальных характеристик напряженно-деформированного состояния компонентов композита, определяемых лишь приближенно. Точность определения этих характеристик из средних по представительному объему величин ограничена, с одной стороны, точностью уравнений используемой структурной модели армированного слоя, само установление которых неизбежно связано с пренебрежением рядом локальных эффектов, и с другой — наличием неучитываемых технологических дефектов — неполной адгезии, отклонений в регулярности сети волокон и т.д., также неизбежно возникающих в процессе изготовления реального композитного материала и играющих роль концентраторов напряжений. [c.36]

Таким образом, зная коэффициенты и можно гак построить решение динамических уравнений, чтобы и при работе волокон на растяжение, и при деформировании матрицы на сдвиг воспроизводились петли гистерезиса, т.е, учитывались необратимые потери энергии деформирования при прохождении в материале волн напряжений. [c.104]

Анализ напряженного состояния и кинетики процесса, проведенный в работах [20, 70] с применением теории пластического течения [122], показал, что начало процесса гибки характеризуется резким увеличением радиальных сжимающих напряжений в направлении, поперечном направлению волокон. В то же время напряжения, действующие вдоль волокон имеют уровень в несколько раз меньший. Приняв схему плоского деформированного состояния (бг = 0) И используя условие несжимаемости материала, третий компонент нормальных напряжений = ( ,. + о )/2. В осевом сечении а , - главные напряжения и параметр жесткости [c.256]

Прочность и ударная вязкость волокнистого металла вдоль волокон выше, чем поперек волокон и это свойство деформированного металла используется при разработке технологического процесса изготовления деталей. Заготовку для будущей детали деформируют таким образом, чтобы направление волокон совпадало с направлением максимальных растягивающих напряжений, возникающих в детали при работе, а сами волокна огибали контур детали и не перерезывались при окончательной механической обработке изделия. [c.206]

При работе передней грани резца по схеме на рис. 7.10,6 условия образования поверхности резания существенно меняются. Проекция силы 7 п. г на нормаль к скорости резания направлена вниз, поэтому нет причин для образования опережающей трещины. Передняя грань резца двигает перед собой стружку и сжимает ее вдоль волокон. Эта стружка смещается относительно слоев под поверхностью резания, в результате чего на поверхности резания возникают напряжения сдвига, которые могут достигнуть предела прочности. ТогДа стружка превращается в изолированный от обрабатываемой заготовки слой, подвергающийся продольному сжатию (по схеме рис. 1.5), при котором наблюдается эффект сдвига и поперечного деформирования. Режущая способность кромки используется в полной мере, когда плоскость сдвига в стружке составляет со скоростью [c.77]

Для элементов сложной структуры, например содержащих связующее и одномерные волокна, если работа каждого компонента учитывается без предварительного осреднения, деформирование волокон моделируется по упругохрупкому закону. При превышении пределов а- < а < о+ одномерного сжатия и растяжения напряжение в волокне в данном элементе заиуляется. Если разрушено связующее, то сопротивление сжатию волокон полагается нулевым. Это соответствует локальной потере устойчивости или выпучиванию волокна при разрушенном связующем. [c.32]

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]

Так как направление волокон зависит от характера деформирования заготовки, то в готовой детали желательно получить такое расположение волокон, при котором она имела бы наилучшие свойства. При этом обидие рекомендации следуюш,ие необходимо, чтобы наибольшие растягиваюш,ие напряжения, возникающие в деталях в процессе работы, были направлены вдоль волокон, а если какой-либо элемент этой детали работает на срез, то желательно, чтобы перерезывающие силы действовали поперек волокон необходимо чтобы волокна подходили к наружным поверхностям детали по касательной и не перерезались наружными поверхностями детали. [c.59]

Для получения упрощенных зависимостей, описывающих усредненные упругие характеристики двухмерноарми-рованного слоя, использованы подходы, изложенные в работах [4, 18, 49]. Сначала укажем на основные допущения, принятые при приближенном описании деформативных характеристик однонаправленного композиционного материала [49] 1 — компоненты армированного пластика (волокно и матрица) изотропны и линейно упруги и работают совместно на всех этапах деформирования 2 — единичный объем материала находится в условиях плоского напряженного состояния 3 — пренебрегается напряжениями, перпендикулярными к волокнам при действии нормальной нагрузки вдоль волокон 4 — деформации вдоль нагрузки при поперечном (к направлению волокон) растяжении-сжатии пропорциональны в каждой компоненте ее объемному содержанию в материале 5 — напряжения неизменны в объеме отдельных компонентов. [c.57]

Принцип размазывания , использованный в работе [21], отличен от процедуры сглаживания слабоизменя-ющихся функций, примененной в теории армированных сред [5, 6]. Он в большей степени подобен методу усреднения дискретно распределенных свойств армированной среды по всему непрерывному спектру направлений, который применялся в работах [43, 44] для определения эффективных констант композиционного материала. В работе [21], так же как н в работе [44], размазанная сеть волокон эквивалентна такой модели среды, в которой через каждую точку пространства проходят все направления волокон. Л1атрица жесткости такой среды отождествляется с матрицей жесткости однородного линейно-упругого материала. Плотность энергии деформации этого материала равна удельной энергии деформирования четырех стержней (волокон), создающих симметрию упругих свойсгв первой составляющей модели материала 4D. [c.80]

В усовершенствовании модели деформирования следует учесть различия в жесткости материала Sep arb-4D при растяжении (ец > 0) и с.жатии (би<1 0). — 1. 2, 3. Разномодульность этого материала, отмеченная в работе [21], не исследована экспериментально. Однако сам факт ее существования позволяет усовершенствовать в модели деформирования материала первую составляющую — четырехнаправленную сеть волокон. Учитывая упрощенную гипотезу для первой составляющей модели об одноосном линейном деформировании ее в направлении волокон, можно ввести различные модули упругости на растяжение (EI) и сжатие (fia) вдоль волокон. Это позволило бы расчетным методом в приращениях уточнить изменение диаграммы перемещений. В частности, при разгрузке х-колец с изменением [c.197]

В работе [12] представлены численные результаты для квадратной укладки круговых включений — волокон — при объемной доле материала волокна 40, 50 и 60%. Были рассмотрены случаи нагрузки как одного из указанных выше типов, так и комбинированные характеристики материала соответствовали в основном бороэпоксидиым композитам, но были исследованы также композиты стекло — эпоксид, графит — эпоксид и бор — алюминий. Хотя полученные результаты решения таких задач не позволяют точно установить пределы изменения параметров композита, они дают возможность хорошо предсказывать развитие зон пластичности при упругопластическом деформировании. [c.226]

В работе [11] модель накопления повреждений при растяжении распространена на случай действия касательных напряжений в плоскости слоя. При этом действие нормальных напряжений, перпендикулярных армирующим волокнам слоя, не учитывается. Однако в слоях композита при плоском напряженном состоянии в зависимости от схемы армирования могут возникать все три ко.мпоненты напряжений (нормальные в направлении армирующих волокон, перпендикулярные им и касательные в плоскости слоя). Следовательно, для применения критерия прочности [II] к анализу слоистого композита необходимо учитывать и нормальные напряжения, перпендикулярные направлению армирования. Простые рассуждения показывают, что действие этих напряжений в композите с полимерной матрицей может проявиться в первую очередь в деформировании матрицы, а не волокон. Поскольку подобное предположение справедливо и для касательных напряжений в плоскости, логично ол<идать, что совместное действие нормальной и касательной компонент может привести к появлению неупругости матрицы при более низких напряжениях, чем при действии каладой из компонент в отдельности. [c.47]

Все перечисленные характеристики имеют большую величину в направлении волокон, чем поперек их. Полученную анизотропию свойств целесообразно учитывать, проектируя нагруженные детали, получаемые пластическим деформированием. В отдельньк случаях учет этих особенностей позволяет существенно увеличить долговечность работы деталей, а также снизить их массу. [c.394]

Результаты проиллюстрированы решением прикладных задач, связанных с определением статистических характеристик полей напряжений в компонентах дисперсно-упрочненного стеклопластика и в матрице пористого материала. Более полный анализ результатов для макроизотропных композитов, статистические характеристики полей деформирования для однонаправленно-армированных композитов, оценка прочности волокон и матрицы в оболочках содержатся в работе [260]. [c.40]

Дж. Эшелби [14] решил задачу об упругом деформировании изотропной среды с включением эллипсоидальной формы, и на основе этого получил зависимости эффективных постоянных композита от объемного содержания в нем хаотически ориентированных вытянутых эллипсоидов. В работе [20] аналогичная задача решена для включений пластинчатой формы. Впоследствии Рассел [21] использовал решение Эшелби при исследовании влияния длины волокон в однонаправленном волокнистом композите на его эффективные характеристики. [c.17]

Выполнен ряд важных работ, посвященных исследованию кинетики образования и развития разрушений в композиционных материалах и оценке их связи с прочностью и долговечностью элементов конструкций (В. В. Болотин, В. А, Ломакин, С. В. Серенсен, В. С. Стреляев и др.). При этом исследования по разрушению композиционных материалов проводились по трем направлениям. В работах, относящихся к оценке разрушения как процессу трещинообразования, условия образования и развития одной наиболее опасной трещины отождествлялись с условиями деформирования и разрушения композиции. В связи с тем, что эксперименты показывают одновременное наличие и развитие множества трещин, во многих работах используется статистическое моделирование неоднородной структуры при сочетании одновременной работы множества неодинаково нагруженных и обладающих различной прочностью волокон, разрушающихся в соответствии с гипотезой слабого звена. [c.9]

Здесь Сх,С2 — параметры материала Муни, А — относительное удлинение волокон в начально-деформированном состоянии. Из (1) видно, что в данном случае интегральное уравнение для преднапряженной среды отличается от уравнения соответствующей классической (т.е. при отсутствии начальных напряжений) контактной задачи лишь наличием множителя, зависящего от величины начальной деформации. Это обстоятельство позволило привлечь для исследования хорошо известные решения классических интегральных уравнений, а также непосредственно из (2) определить критические значения А, при которых перемещения точек полуплоскости становятся неограниченными, когда наступает потеря устойчивости сжатой полуплоскости. В работе получены соотношения, описывающие влияние начальной деформации на распределение контактных давлений в случае плоского, наклонного и параболического штампов, проведен анализ особенностей этого влияния. [c.234]

В большинстве случаев конструкционные композиты с металлической матрицей получают пластическим деформированием сборных заготовок. Основная задача такого деформирования — преобразовать неплотную заготовку в компактный полуфабрикат или изделие с прочным соединением (без образования продуктов химического объемного взаимодействия составляющих композита) матрицы и волокон, без нарушения сплошности и термического разупрочнения волокон. Выполнение этих требований обеспечивает наиболее полную реализацию эффекта упрочнения металлических материалов волокнами. В связи с этим при разработке деформационных процессов пользуются критериальным подходом, П03В0ЛЯЮШ.ИМ установить расчетные предельные значения всех технологических параметров, а также параметров оснастки и заготовок. Критериальные выражения представляют собой равенства либо неравенства, в которых связаны факторы композита (или его составляющей) и процесса. Последующее введение критериального выражения в основное уравнение теории процесса и позволяет установить предельное значение искомого параметра. Подробно этот подход рассматривается в работах [10, 191. [c.92]

На рис. 7.8, а видно, что при торцовом резании элемент стружки образуется в результате сдвига древесины в плоскости ай (см. рис. 7.10,а). К моменту сдвига древесина в стружке сильно сжата поперек волокон. Под поверхностью резания ее волокна (балки на упругом основании) изогнуты и растянуты. Режущая кромка работает непрерывно, но с переменной нагрузкой. Образованная поверхность- неровная. Под ней появились трещины и остаточно деформированные волокна. Длину трещин и высоту неровностей измеряют при опытах соответствующими приборами. На поверхность резания выходят отдельные остаточно деформированные волокна. Они светлее недефор-мированных и изменяют естественную окраску торцовой поверхности резания. [c.76]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...