Распределение деформаций в композите

При исследовании механических свойств поверхностей раздела возникают проблемы, близкие к тем, с которыми сталкиваются при физико-химическом исследовании. Можно использовать изолированные поверхности раздела, но и в этом случае не воспроизводятся распределения остаточных напряжений в композитах, а сложное напряженное состояние при их деформации не идентично состоянию типичного композитного материала. С другой стороны, испытания по вытягиванию волокна также недостаточно воспроизводят условия в композите по причинам, рассмотренным более подробно в гл. 2. [c.40]

Соответствующее изменение распределения напряжений в композите показано на рис. 6, характеризующем зависимость внутренних напряжений от степени деформации композита. Пока композит находится в упругой области, поперечные напряжения очень малы по сравнению с осевыми, но с развитием пластического течения они быстро растут, достигая 40% величины осевых напряжений в матрице. [c.53]

Если волокно разрывается внутри композита, от края волокна я осевом направлении напряжение не передается. Между двумя разорванными концами передают нагрузку сдвиговые напряжения по поверхности раздела волокно — матрица. Модель, использованная для определения распределения напряжений около разорванных концов, приведена на рис. 16, при этом делаются следующие предположения растягивающие напряжения в матрице пренебрежимо малы по сравнению с таковыми в волокне, а сдвиговые деформации в волокне пренебрежимо малы по сравнению с таковыми в матрице. Эти предположения пригодны для композитов, в которых волокна гораздо жестче материала матрицы. Разорванное волокно окружено концентрическим круговым цилиндром из материала матрицы, который в свою очередь вставлен в однородную среду, обладающую эффективными свойствами композита. Отношение (гу/г ) выбирается таким, чтобы оно имело то же значение, что и объемная доля волокон в композите. Такой анализ дает [c.286]

Для понимания условий зарождения разрушения в материалах, армированных волокнами, оказывается крайне полезным иметь хотя бы качественное представление о распределениях напряжений и деформаций, возникающих под действием внешней приложенной нагрузки в структуре из близко расположенных параллельных волокон, погруженных в матрицу. Хотя волокна и матрица сами по себе могут рассматриваться как упругие изотропные и однородные тела, их модули Юнга, коэффициенты Пуассона и коэффициенты термического расширения весьма различны, поэтому, когда композит в целом подвергается изменению температуры или простому одноосному нагружению, в силу условий неразрывности на микроуровне возникают сложные напряженное и деформированное состояния. Исследователи, изучавшие композиты, давно это учитывали, однако уточненные решения были получены численными методами лишь после появления мощных вычислительных машин (например, [16]). [c.335]

Рис. 1д. Распределение радиальных напряжений на поверхности раздела при деформации 1% в направлении укладки волокон в композите с 65%-ным объемным содержанием стеклянных волокон и полиэфирной матрицей [4].

Композит, армированный волокном, можно представить, как показано на рис. 2.2, двумя слоями слоем армирующего материала и матричным слоем. Положим, что направление действия нагрузки параллельно направлению волокна и что распределения напряжений и деформаций в указанных слоях являются равномерными. В рассматриваемом случае деформации двух слоев являются одинаковыми. Если принять это во внимание, можно установить следующие приближенные зависимости для определения модуля упругости и напряжения [c.26]

Как экспериментальные, так и аналитические исследования распределения остаточных напряжений показали, что легко возникают очень высокие уровни остаточных напряжений. Охлаждение композитов сталь — медь от 533 К приводит к интенсивному пластическому течению медной матрицы [27] аналогичные явления отмечены в системах Си —W [14, 18, 29] и Fe — FejB [14]. Более прочные матрицы не обладают заметными преимуществами например, охлаждение на 0,6 К увеличивает максимальные напряжения в композите 50% А1 — В на 18 кГ/см [19], если деформация алюминия происходит в упругой области. Значит, при охлаждении от обычных температур изготовления возникнут на-йряжения, намного превышающие предел текучести любого сплава. [c.66]

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]

Поведение полученных намоткой волокном композитов аналогично поведению других типов слоистых материалов с расположенными под углом слоями армирующих компонентов. Поэтому разработанные для них аналитические методы могут быть использованы и для конструкций, получаемых намоткой. При рассмотрении этого вопроса с позиций макромеханики анализ композитов базируется на предположении, что каждый слой является анизотропным гомогенным монослоем. Монослой состоит из волокон, ориентированных под углом а или однонаправленных. Свойства монослоя обычно определяют экспериментальным путем, и анализ структуры строится путем перехода от одного слоя к другому. Микромеханический подход, наоборот, заключается в исследовании характеристик чувствительности составных частей материала, т. е. распределения напряжений и деформаций между армирующими волокнами и матрицей. При определении напряжений и деформаций по точкам принимают во внимание свойства армирующего материала и смолы, а также геометрию изделия. Этот анализ микронапряжений устанавливает, какие нагрузки может выдержать композит перед переходом через предел текучести в какой-то точке или перед достижением критических напряжений. Микромеханический подход применяется также для расчета характеристик композиционного материала по известным их значениям для входящих в его состав компонентов, а также для установления влияния их изменения на соответствующие свойства композита. [c.227]

Таким образом, расчет усредненного поля напряжений в композите с макротрещиной сводится к классической задаче теории упругости для ор-тотропного однородного упругого тела с математическим разрезом. Эта задача может быть эффективно решена во многих случаях [1]. При этом оказывается, в частности, что с точностью до некоторого множителя распределение напряжений и деформаций вблизи фронта трещины будет одним и тем же для тел различной конфигуращш и внешних нагрузок, а коэффициент интенсивности напряжений К зависит лишь oi нагрузок и формы тела. При этом на продолжении трещины вблизи ее конца имеет место то же соотношение, что и в изотропном однородном теле [c.101]

В электротехнике распространены обмотки всевозможной формы, в которых провод намотан так, что образуется некое массивное тело. Такие обмотки есть в статоре генератора автомобиля (да и в роторе), в больших промышленных электромагнитах и в магнитных системах установок Токамак для управляемого термоядерного синтеза — примеров множество. Сочетание токопровода и изоляции образует периодический композит, и одной из главных нагрузок для него является пондеромоторная магнитная сила. Рассчитывая деформации и механические напряжения в обмотке, начинают с определения магнитных сил. Поскольку распределение токов задано известной геометрией проводов, достаточно интегрирования по формуле Био-Савара (4.3). Термин магнитоупругость при этом неуместен, так как задачи магнитостатики и упругости решаются раздельно. [c.334]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...