Слоистые композиты скорости деформирования

При численном расчете скорость высвобождения энергии деформирования О можно выразить в явной зависимости от приложенной к слоистому композиту деформации [c.105]

В настоящей главе представлен метод, основанный на скорости высвобождения энергии деформирования, который применен для описания ряда задач расслоения у свободной кромки. Все слоистые композиты, выбранные в качестве примеров, за исключением, вероятно, одного, проектировались и нагружались таким образом, чтобы инициировать расслоение у свободной кромки без значительного взаимодействия с другими типами растрескивания матрицы. Предполагается, что возникающее расслоение распространяется по заданной поверхности раздела слоев поперек ширины образца ком- [c.125]

Локальная потеря устойчивости — основной вид разрушения при сжатии слоистых композитов с зонами расслоения. Когда слоистый композит с расслоением подвергается действию сжимающей нагрузки, в зонах расслоения наблюдается, как показано на рис. 3.48, локальная потеря устойчивости (выпучивание) [36]. Выпучивание обусловлено высокой концентрацией межслойного напряжения на фронте расслоения (вершине трещины) далее при возрастании нагрузки область выпучивания увеличивается до критического размера, после чего наступает общая потеря устойчивости нагружаемой пластины. Обычно это происходит при нагрузке, намного меньшей прочности при сжатии неповрежденного композита, или нагрузки общей потери устойчивости пластины. Существует несколько расчетных моделей, позволяющих прогнозировать рост зоны выпучивания и влияние различных параметров на распространение расслоения [36—38]. В этих моделях используется либо критерий прочности, либо критерий механики разрушения (скорость высвобождения энергии деформирования). Однако из-за сложности задачи, обусловленной такими факторами, как геометрия зоны расслоения, толщина композита после появления [c.182]

Рис. 4.47. Влияние остаточных напряжений на определение критической скорости высвобождения энергии деформирования для слоистого композита AS-4/3502 с укладкой [30°/- 30 /30°/90 Jj [40]. Инициирующая трещина образована тефлоновым вкладышем. / — без остаточных напряжений 2 — поправка на = Г - 154 С i — без поправки.

Рис. 4.48. Влияние остаточных напряжений, связанных с величиной критической деформации, на определение критической скорости высвобождения энергии деформирования для слоистого композита AS-4/3502 с укладкой (30°/- ЗОз/ЗО / ] [40]. I — экспериментально определенное.

Представлена краткая история и обаор модифицированной механики раз рушения Гриффитса — Ирвина. Подчеркнуто значение коэффициента интенсивности напряжений и скорости высвобождения энергии деформирования в механике разрушения изотропных и анизотропных материалов. Кратко изложена эмпирическая трактовка процесса усталостного роста трещины в изотропной среде. Затем перечислены противоречия между основными предпосылками классической теории разрушения и особенностями протекания процесса разрушения в многофазных слоистых материалах. Тем самым показана необходимость некоторого смягчения исходных предпосылок теории разрушения, которое позволило бы создать практически применимые подходы для решения задач разрушения композитов. Очень кратко, вследствие неприменимости непосредственно к решению инженерных задач, изложены основные результаты, полученные при помощи методов микромеханики, позволяющих исследовать процессы взаимодействия между трещиной, волокном и связующим в бесконечной среде. Далее огшсаны основные концепции современных макромеханических подходов для описания процесса разрушения композитов. Отмечено, что все подходы, расчеты по которым находятся в соответствии с экспериментальными данными, исключают из рассмотрения нелинейную зону или зону разрушения у кончика трещины. Более сложные теории (с учетом критического объема, плотности энергии деформирования) наилучшим образом согласуются с экспериментами на однонаправленно армированных композитах, когда трещины распространяются параллельно волокнам. Эти теории также хорошо описывают нагружение слоистых композитов под углом к направлению армирования, когда преобладающее влияние на процесс разрушения оказывает растрескивание полимерной матрицы. Расчеты по двум приближенным теориям (гипотетической трещины и критического расстояния) и комбинированному методу (модель тонкой пластической зоны) сравниваются с данными, полученными при испытании слоистых композитов с симметричной схемой армирования [ 6°]s. Приведены данные о хорошем соответствии степенной аппроксимации, применяемой для описания скорости роста трещины, результатам испытаний на усталость слоистых композитов с концентраторами напряжений. [c.221]

Из кривых скорости высвобождения энергии деформирования на рис. 2.16 и 2.17 видно, что коэффищ1енты и j. максимальны, если эффективный дефект на поверхности раздела размером а , равным или больщим 3/, может находиться на срединной плоскости вблизи свободных кромок слоистого композита. Тогда критическую нагрузку для этого дефекта, приводящую к расслоению, можно определить следующим образом. Определяем максимальные значения на кривых и j- (рис. 2.16 и 2.17 соответственно) как [c.115]

Идея испытания на расслоение у кромки зародилась у Пэйгано и Пайпса [38], которые предложили для определения межслойной прочности применять многонаправленный слоистый композит, нагружаемый растяжением. Последовательность укладки слоев выбиралась так, чтобы основной причиной расслоения у свободной кромки было межслойное растяжение. В работе [37] 3ja методика была распространена на исследование начала и развития расслоения в графито-эпоксидных слоистых композитах ( 302/90°/90°, подвергнутых одноосному растяжению. Для расчета скорости высвобождения энергии деформирования было использовано уравнение (73). В обеих работах образцы не имели инициирующих трещин. Поэтому рост трещин от кромок не был ни однородным, ни симметричным. Кромочная трещина не оставалась в срединной плоскости, а переходила с нее на поверхность раздела 90°/-30° и обратно, что приводило скорее к смешанному типу раэрушения, чем к чистому расслоению типа I. В работе [37] для разделения вкладов механизмов типов I и II был применен метод конечных элементов. [c.241]

Рис. 4.46. Экспериментальные значения критической скорости высвобождения энергии деформирования G слоистого композита AS-4/3502 с укладкой [30°/- 302/30°/90Ц5 в зависимости от длины трещины о. Иниинируюшая трещина образована тефлоновым вкладышем ДГ = - 133 °С.

Здесь т = Ej >h /E( h2, и — критические значения Р и б, связанные с началом движения трещины и — эффективные модули упругости слоистого композита в направлении нагружения для соответственно основного стержня и накладок — критическое значение скорости высвобождений суммарной знергии деформирования. Для разделёния по видам деформирования применительно к данному виду образцов необходим более сложный анализ, например, с использованием метода конечных злементов [16, 51]. [c.270]

Рис. 4.72. Зависимость критической нагрузки расслоения от скорости высвобождения энергии деформирования типа И слоистых композитов Т300/1034С, АРС-1/РЕЕК и АРС-2/РЕЕК с укладкой (45°/90°/-45°51 j. (а = 40 мм) [67]. t - число

Хотя данные на рис. 4.71 указывают, что из методов экспериментальной оценки свойств композита потребуются только методы, реализуемые деформированием типа II, по-видимому, все же необходимы дополнительные исследования более близких к действительным конфигураций расслоения. Например, типичное расслоение, наблюдаемое при эксплуатации изделий из слоистых композитов, по форме часто приближается к окружности или эллипсу. Для подобных двумерных расслоений распределение скоростей высвобождения энергии деформирования представляет собой функцию положения на границе трещины [69]. Было показано, что трещина может расти и перпендикулярно направлению нагружения, что не предусмотрено в одномерной модели [67]. Более того, не учитывались такие эффекты, как изгиб невыпученной основной части слоистого композита и отслоенных зон с несимметричной укладкой. Если плоскость расслоения проходит между смежными косоугольно ориентированными слоями, то сильное влияние на рост расслоения могут оказать напряжения, связанные с деформированием типа III. [c.293]

Чаттерджи и др. [70] учли этот случай при анализе квазистати-ческого разрушения слоистых пластин, подвергнутых трехточечному изгибу, при наличии эллиптических расслоений между двумя смежными слоями. Как отмечалось выше, для применения материала в конструкции может потребоваться учет остаточных напряжений при оценке условий начала роста расслоения. Кроме того, в случае применения слоистого композита в конструкции общего назначения, где разрушение может проходить по границе раздела двух разнородных материалов, следует прицять во внимание осцил-ляционную природу сингулярности у фронта трещины. Как указывалось в разд. 4.7.3, особенность такого рода приводит к несходи-мости отдельных компонент скорости высвобождения энергии деформирования смешанного типа. Один из подходов к этой задаче, предложенный в работе [55], включает метод смыкания трещины при приращении длины трещины Аа, достаточно большом, чтобы получить постоянные значения компонент скорости высвобождения энергии деформирования смешанного типа. В другом методе [71] расслоения моделируются трещинами, проходящими сквозь тонкий слой связующего, расположенный между двумя смежными слоями [c.293]

Идеи классической мелаиики разрушения в настоящее время используются при исследовании задач усталости для определения амплитуды интенсивности напряжений А/С в уравнении (2.5) пли скорости высвобождения энергии деформирования G. Чтобы убедиться в принципиальной пригодности для композитов эмпирического подхода в форме (2.5), нужно рассмотреть основные постулаты классической механики разрушения. Чрезвычайно важно, в частности, чтобы трещина распространялась линейно, т. е. не меняя первоначального направления. Поскольку в слоистом композите может быть несколько плоскостей слабого сопротивления (например, сдвигу или поперечному отрыву), поперечная сквозная трещина в нем будет прорастать в направлении наименьшего сопротивления. Наличие такого направления определяется матрицей (в плоскости слоя и между слоями) и поверхностью раздела волокно — матрица. [c.86]

Формулируется конечно-элементная процедура для расчета поля упругих напряжений в заданном симметричном слоистом композите конечной щирины, подверженном нагружению в плоскости. Благодаря предположению о больщой длине композита расчетную область можно свести к его поперечному сечению. Тогда процедура формулируется на основе обобщенной плоской деформации. В расчетной области можно ввести одну или несколько линейных трещин конечного размера. В таком случае в дополнение к упругим напряжениям процедура позволяет рассчитать скорость высвобождения энергии деформирования у верщины трещины. Процедура составлена таким образом, что задается распространение трещины в определенном направлении посредством конечных приращений и проводится соответствующий расчет изменяющегося поля напряжений и скорости высвобождения энергии деформирования. [c.127]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...