Слоистые композиты укладка слоев

В качестве другого примера рассмотрим квазиизотропные слоистые композиты со слоями 30° и 90°. Последовательность укладки ( 30°/90°) обусловливает появление межслойного растягивающего напряжения, и, следовательно, слоистый композит с такой укладкой склонен к расслоению. Если изменить укладку так, чтобы слои 90° оказались снаружи [(90°/ 30°) ], то нормальное напряжение на свободной кромке становится сжимающим и не вызывает расслоения. В качестве следующего примера рассмотрим 16-слойные композиты (0°/ 45°/90°)2j и (0 / 45 /90 j. Максимальное межслойное нормальное напряженнее срединной плоскости намного меньше в случае, когда слои не сгруппированы вместе, а распределены по толщине (рис. 3.50). Композит с распределенными слоями [(0°/ 45°/90°)j]npn статическом нагружении не обнаруживает расслоения вплоть до разрушения. Выбор подходящей укладки при проектировании слоистого композита позволяет настолько снизить растягивающую компоненту межслойного напряжения, что расслоение становится маловероятным или совсем исключается. [c.184]

Трещина в слоистых композитах не всегда распространяется линейно. В ряде случаев ее направление зависит от размера отверстия, последовательности укладки слоев по толщине и условий внешней среды. [c.52]

Поведение материала после первого разрушения слоя. Когда напряжения, приложенные к слоистому композиту с укладкой армирующих волокон [0790°]s, достигают точки первого разрушения слоя, в слоях, ориентированных перпендикулярно направлению нагружения, появляются трещины. Поведение материала при дальнейшем нагружении соответствует трем возмол<ным различным механизмам (рис. 3.7) [c.114]

Попытка исследования многонаправленного слоистого композита сталкивается с другими трудностями. Работы [22— 25] и др., в которых слоистый композит рассматривается как материал, составленный из однородных анизотропных слоев, привели к правильной оценке важности учета последовательности укладки слоев по толщине, эффекта свободных кромок и расслоения. При введении трещины в слой композита возникают дополнительные взаимодействия между трещинами, поверхностями склейки и волокнами, не объясненные вышеперечисленными работами. Ряд подобных взаимодействий исследован на микроуровне для композита, составленного из одного или двух слоев. Однако оказалось, что сложность осуществления анализа взаимодействия на многослойной модели превосходит современные возмол<ности. [c.234]

Во всех перечисленных подходах из рассмотрения исключена нелинейная зона около кончика трещины, в которой может происходить значительное разрушение материала. Размер этой зоны во всех теориях приблизительно одинаков, и его порядок, по-видимому, не зависит от особенностей слоистой структуры композита (последовательность укладки слоев по толщине и т. п.). Однако перечисленные факторы могут сильно изменять время до разрушения слоистого композита при усталостном нагружении. [c.245]

Диапазоны линейных и нелинейных упругих свойств композитов. могут отличаться от соответствующих диапазонов компонент [13, 14]. Композиты имеют иногда разные модули при растяжении и сжатии, хотя модули упругости их компонент не зависят от знака приложенного напряжения [15] ). При анализе разрушения и несущей способности слоистого композита различают поведение слоя в составе композита в зависимости от схемы армирования и последовательности укладки слоев и поведение этого же слоя, как самостоятельного материала [16]. Это различие трудно объяснить с позиций анализа однородных слоистых сред. При использовании этого анализа появляются затруднения и в объяснении обнаруженного экспериментального влияния свободной поверхности и кромок на предельные напряжения и жесткость слоистых композитов [17]. [c.250]

Воздействуя на композит с переменной укладкой слоев по толщине произвольной системой сил в плоскости и переменной температурой, можно ожидать одновременно деформирования этого композита в срединной плоскости и появления кривизны [38]. Слоистые композиты, у которы.х все термоупругие свойства симметричны относительно срединной плоскости, представляют особый класс композитов. У таких материалов нагружение в срединной плоскости и симметричное по толщине поле температур могут вызвать только деформации в плоскости (мембранные). Действие н<е результирующих моментов п антисимметричного поля температур может привести только к деформациям изгиба без растяжения — сжатия в срединной плоскости. Справедливо также и обратное. [c.255]

Прочность соединения при срезе определяется в основном меж-слойным сдвигом или сдвигом в плоскости армирования КМ. В слоистых композитах разрушающее напряжение при срезе существенно зависит от структуры материала и направления нагружения. С увеличением угла укладки волокон в слоях от О до 45° прочность на срез повышается. Прочность композитов при смятии болтом представляет собой весьма условную характеристику материала, т.к. при нагружении пакета через болт около него устанавливается сложное напряженное состояние. В инженерном расчете соединений принимается предположение о равномерном распределении напряже- [c.64]

Конечно, существуют другие способы перемешивания слоев в данном слоистом композите. Оценка конкретной последовательности укладки слоев, которая позволяет добиться наивысшей прочности композита, требует знания численных значений напряжений, определяемых с помощью классической теории слоев. Для слоев 15° получим [c.26]

Оценки межслойных касательных напряжений могут быть получены с такой же степенью приближения, но нет необходимости их рассматривать. Поэтому соответствующие соотношения здесь не приводятся. Выше обсужден подход для выбора схемы укладки слоев заданной ориентации по толщине композита, обеспечивающей его оптимальную защиту от расслоения. Следует отметить, что данная работа вместе с экспериментами Фойе и Бейкера указывает на то, что в зависимости от конкретного слоистого композита использование плоских образцов для усталостного испытания, а также, возможно, статического нагружения растяжением или сжатием может оказаться недопустимым. Причина состоит в том, что вследствие эффектов на свободных кромках желаемый тип разрушения может не реализоваться. Действительно, кромочные эффекты могут доминировать во всей истории разрушения слоистого композита. [c.28]

На рис. 1.17—1.20 сравниваются особенности поведения слоистого композита с укладкой [0°, 90°]s, которые определены с помощью данной модели и конечно-элементного решения [36]. Значения N на этих рисунках соответствуют числу подслоев, используемых в данной теории для моделирования половины слоистого композита. Таким образом, ЛГ = 6 означает, что каждый физический слой толщиной Но в композите моделировался с помощью трех подслоев толщиной ho/Ъ каждый, тогда как N= 2 указывает, что каждый физический слой рассматривается как единое целое. [c.59]

Рассмотрим длинный образец из симметричного слоистого композита, имеющий прямые кромки. Предположим, что последовательность укладки слоистого композита и способ нагружения таковы, что расслоение у свободной кромки происходит исключительно на заданной поверхности раздела слоев и однородно по длине образца. Кроме того, для простоты предположим, что распространение кромочной трещины — единственное событие, связанное с [c.102]

Для определенности примем, что слоистый композит имеет ширину 2Ь и нагружается осевой растягивающей деформацией е . Тогда при заданной укладке слоистого композита и основных характеристиках материала слоя поле напряжений всего композита, включая межслойные кромочные напряжения, можно рассчитать с помощью представлений об упругом слое [2] и конечно-элементного расчета, основанного на этих представлениях [3] (подробности см. в разд. Приложение ). [c.103]

ОТ межслойных нормального и касательного напряжений методика также учитывает влияние трансверсального растрескивания матрицы композита на начало расслоения) в разд. 3.5 — влияние расслоения на жесткость и прочность слоистых композитов различных типов в разд. 3.6 — методы подавления процесса расслоения путем подбора подходящей последовательности укладки слоев, усиления свободных кромок и увеличения пластичности матрицы. [c.139]

Таблица 3.8. Прочность при растяжении квазиизотропного слоистого композита с различными последовательностями укладки слоев

Экспериментальные исследования в сочетании с аналитическими моделями дают возможность лучше понять фундаментальную природу механизмов разрушения композитов и, в частности, расслоения. Межслойные напряжения, действуя вблизи свободной кромки, обусловливают появление расслоения. Распределения и величины меж-слойных нормального и касательного напряжений изменяются в широких пределах в зависимости от последовательности укладки слоев композита и типа его компонентов. Начало расслоения нетрудно прогнозировать, когда определяющим фактором является межслойное нормальное напряжение. Однако точность прогноза снижается, когда касательное напряжение превышает нормальное. Расслоение обычно происходит по той же поверхности раздела, где (среднее) межслойное растягивающее напряжение достигает максимума. Трансверсальное растрескивание матрицы может сильно влиять как на начало расслоения, так и на расположение его зоны. Разработка аналитических моделей, учитывающих влияние трансверсального растрескивания на расслоение, еще впереди. В большинстве случаев расслоение приводит к значительному снижению жесткости и прочности слоистого композита. Приемы, позволяющие воздействовать на процесс расслоения, включают применение более пластичной матрицы или изменение последовательности укладки слоев с подкреплением свободной кромки. [c.192]

Обширный материал, накопленный к настоящему времени, позволил с определенной точностью рассчитать напряженное состояние у кромки слоистых композитов. Однако зависимость этих напряжений от структурных параметров укладки — углов ориентации волокон в с]юях и последовательности расположения слоев по высоте пакета — исследована недостаточно. В частности, не выявлены закономерности, которые позволили бы регулировать величину и характер изменения межслойных напряжений в зависимости от геометрических параметров укладки и упругих свойств монослоя. Если учесть, что в рамках уточненных теорий решение этой задачи весьма трудоемко и получение практического результата сопряжено с анализом большого объема вычислительных данных, то необходим поиск приближенных подходов для получения качественных оценок напряжений в зависимости от варьируемых параметров слоистого пакета. [c.301]

Вообще говоря, поле напряжений у вершины трещины в анизотропной пластине включает составляющие Ki п Ки- Однако в настоящее время испытания проводят, как правило, при ориентациях, исключающих одну из этих составляющих это прежде всего относится к ортотропным материалам, которые ориентируют таким образом, чтобы нагрузка была параллельна одной главной оси, а трещина—другой. В таких условиях значительная анизотропия, свойственная некоторым композитам, может привести к явлениям, не наблюдающимся у обычных металлов. Так, при растяжении образцов с направленным расположением упрочнителя часто наблюдают продольное расщепление (рис, 8). Его может и не быть, если поперечная и сдвиговая прочности достаточно высоки [5] тем не менее, этот возможный тип разрушения материалов необходимо учитывать. Кроме того, приложение одноосных растягивающих напряжений к образцу с поперечным расположением слоев приводит к появлению локальных межслоевых напряжений т,2у и нормальных напряжений Ozzt перпендикулярных плоскости образца [35], что показано на рис. 9. Ориентация и значения величин Он и Тгу зависят от порядка укладки слоев, упругих постоянных каждого слоя и величины продольной деформации. Значительные межслоевые растягивающие а г. и сдвиговые х у напряжения могут привести к расслаиванию [11, 35], которое опять-таки является особенностью анизотропных слоистых материалов. Последний пример относится к поведению материала с поверхностными трещинами. В изотропных материалах трещина распространяется, как правило, в своей исходной плоскости (рис. 10, а). У слоистых материалов прочность связи между слоями обычно мала, и они обнаруживают тенденцию к расслаиванию по глубинным плоскостям (рис. 10,6). Три этих простых примера приведены здесь, чтобы проиллюстрировать некоторые из различий между гомогенными изотропными материала- [c.276]

С неоднородностью композита приходится сталкиваться на двух уровнях. Во-первых, каждый слой слоистого композита можно представить как однородный анизотропный, а композит в целом — как материал, составленный из таких слоев. В этом случае неоднородность на макроуровне ведет к учету эффектов свободных кромок, расслоения и эффектов, связанных с последовательностью укладки слоев по толщине. Во-вторых, неоднородность может быть включена в анализ на микроуровне, при этом волокна и матрица слоя рассматриваются как раздельные фазы. Нетрудно заметить, что при этом анализ напряжений для слоистого композита с произвольной схемой армирования становится практически неосуществимым. Следовательно, подход к изучению разрушения композитов с позиций микромеханики применим только для простейших однонаправленных армированных материалов. [c.55]

Часто разрушение отдельных слоев композита не вызывает существенных изменений в его макроскопическом поведении и с трудом обнаруживается экспериментально. Например, диаграмма при растяжении в направлении армирования слоистого композита с ортогональной укладкой армируюш,их волокон [0790°]s не имеет резких переломов. Разрушение же слоев, ориентированных перпендикулярно направлению нагружения, проявляется наиболее заметно в скачкообразном изменении коэффициента Пуассона. В этом случае анализ поведения слоистого композита на основе свойств составляю-ш,их его слоев помогает установить условия разрушения отдельных слоев. Интерес к поведению слоистых композитов при низких уровнях напряжений не случаен, так как для создания надежных при длительной эксплуатации конструкций понимание процессов частичного разрушения (разрушения отдельных слоев при низких уровнях напряжений) не менее важно, чем оценка предельных напряжений для материала в целом. [c.105]

Экспериментальные данные, иллюстрирующие влияние последовательности укладки слоев на прочность композитов с гюнцентраторами напряжений и без них, обобщены в табл. 3.1 [25, 41, 42, 43]. Концентратором напряжений во всех рассмотренных примерах было круговое отверстие. Приведенные данные не указывают на очевидную связь между прочностью и последовательностью укладки слоев. Следует, правда, отметить, что большинство рассмотренных материалов содерлот значительную долю слоев, ориентированных в направлении приложенной нагрузки (0°). Это и объясняет незначительное изменение прочности с изменением укладки. Хотя слоистые композиты с симметричной косоугольной схемой армирования [ 0] имеют большую прочность при одно- [c.134]

Теоретически предсказанные деформационные зависимости и предельные напряжения для различных слоистых композитов сравниваются с результатами испытаний этих материалов в условиях плоского напряженного состояния. Указаны преимущества и недостатки основных типов образцов и соответствующего оборудования, используемого для создания плоского напряженного состояния. При сравнении методов построения предельных поверхностей слоистых композитов особое внимание уделено областям их применения, удобству использования, требованиям к исходным параметрам и тонкостям описания этими методами прочностных свойств реальных композитов. Поскольку большинство методов ограничивается построением предельной поверхности и, следовательно, позволяет предсказать только условия, но не вид разрушения, в главе преобладает макроподход. Оказалось, что ни один из рассмотренных методов не обнаруживает хорошего соответствия с результатами экспериментов и, следовательно, не может быть рекомендован для использования при проектировании ответственных силовых конструкций из композитов, причина этого заключается, по-видимому, в малочисленности экспериментальных данных н несовершенстве существующих подходов в частности, ни один из подходов не учитывает влияние последовательности укладки слоев на напряженное состояние композита. До сих пор остается неисследованным механизм перераспределения нагрузок со слоев композита, в которых достигнуто предельное состояние, на остальные слои материала. [c.140]

Обобш,енный закон Майнера (уравнение (5.71)) также имеет экспериментальные подтверждения. Браутман и Саху [30], исследуя слоистые волокнистые композиты с продольнопоперечными схемами укладки слоев, нашли, что в среднем поведение этих композитов удовлетворяет неравенствам (5.74). Кроме того, они предложили новую форму обобщенного закона Майнера, где учитывается влияние последовательности приложения разных уровней напряжений. Можно вывести предложенное ими уравнение, выражая размеры трещины в уравнении (5.71) через напряжения из упругих критических условий (см. (5.60), (5.61)). Для случая когда k и Кю не зависят от уровня напряжений и оо—начальная прочность, уравнение (5.71) преобразуется к виду [c.211]

На основании приближенной теории слоистых сред в гл. 2 разработана теория разрушения, не использующая гипотезы линейной упругой механики разрушения. Слоистая теория используется для того, чтобы учесть приближенным образом эффекты свободных кромок, наличие межслойного сдвига, влияние укладки слоев по толщине, эффекты стеснения касательных деформаций около трещины прилегающими слоями и т. д. Предложенная в гл. 2 модель оценена путем сравнения с эксиериментальными данными, полученными на слоистых композитах. Для расчетов по этой модели необходимо иметь предварительное представление о возможных видах разрушения и знать ряд параметров анализируемого материала. [c.243]

Рис. 2.67. Влияние стеснения Рис. 2.68. Зависимость коэффициента деформации на коэффициент Пуассона композита с несимметрич-Пуассона слоистого эпоксид- ной укладкой слоев от угла а него графитопластика с объемным содержанием волокон 0,6

Дан обзор, в KOTopqM описана история разработки аналитических моделей явления расслоения у свободной кромки. Подчеркивается важность проблемы свободной кромки в теории упругости слоистых композитов для понимания влияния межслойных напряжений на поведение этих материалов. Прослеживаются аналитические разработки, которые выполнены в течение двух десятилетий, прошедших с момента появления в 1967 г. работы Хаяши, посвященной моделированию этого явления, и основополагающих экспериментов Фойе и Бейкера в 1970 г. Обсуждаются понятие об упругом слое, обладающем эффективным модулем, а также его роль в моделировании слоистого композита. Описывается первое решение задачи о свободной кромке в рамках теории упругости, вьшолненное Пайпсом и Пэйгано методом конечных разностей. Это решение оказалось очень полезным при определении общего характера изменения поля межслойных напряжений вблизи свободной кромки. Приводятся результаты первичного моделирования влияния последовательности укладки на поведение слоистых композитов и вывод упрощенных уравнений для оптимизации или минимизации этого влияния в испытанных образцах. Далее следует описание модели, основанной на идее пластины на мягком основании и позволяющей выявить распределение межслойного нормального напряжения, зону краевого эффекта и причастность этого напряжения к возникновению расслоения. [c.9]

Фойе и Бейкер [2] опубликовали данные об усталости слоистых эпоксидных боропластиков при растяжении, которые обнаружили поразительную зависимость от последовательности укладки слоев. Испытанные образцы представляли собой перекрестно армированные слоистые композиты со структурой [ 15°, 45° , в которых положения групп слоев 15° и 45° взаимозаменялись, в то время как симметрия относительно центральной плоскости композита всегда сохранялась. Эти данные представлены на рис. 1.6. Эксперимент показал, что образец из наименее прочного слоистого композита подвергся обширному расслоению, начавшемуся на свободных кромках. [c.21]

Приведенный выше аргумент свидетельствует, что при анализе расслоения межслойное нормальное напряжение является фактором, определяющим зависимость прочности слоистого композита от схемы укладки слоев, полученную в работе [2]. Это не означает, что межслойные касательные напряжения не влияют на механизм расслоения, а только указывает на то, что различия в прочности, вызванные переменой мест групп слоев в данном композите, по-видимому, в меньшей степени зависят от этих напряжений. Авторы хотели бы отметить, что изложенный механизм поведения объясняет различие в усталостной прочности образцов из слоистых композитов с монослоями 15°, 45 , наблюдавшееся Фойе и Бейкером, а именно вынесение слоев 45° наружу композита приводит к сжимающему межслой-ному нормальному напряжению в зоне свободной кромки и, следовательно, к усилению композита. Однако проводя подобные вычисления, необходимо учитывать возможность значительного влияния начальных температурных напряжений, обусловленных процессом изготовления композита. Полагая, что рассматриваемый композит характеризуется продольным и поперечным ко фициентами температурного расширения, равными соответственно = 5,4 10 /°С и г = 45 10" /°С, и упругим поведением при охлаждении, установим, что знак напряжения Оу в каждом слое такой же, как в случае нагружения композита растяжением. Таким образом, наш вывод не изменяется. Однако если к слоистому композиту прикладывается сжимающая усталостная нагрузка, то для предсказания поведения мате- [c.25]

Представляется, что существует несколько возможностей для оптимизации прочности слоистого композита путем изменения последовательности укладки слоев. Например, должна рассматриваться схема укладки, которая приводит к наименьшим значениям обоих результирующих межслойных сдвиговых усилий и в то же время позволяет избежать межслойного растяжения в зоне свободной кромки. Кроме того, должна рассматриваться схема, которая приводит к наибольшим межслойным сжимающим нaпpяжeния /, так как это позволило бы минимизировать вредное влияние касательных напряжений. Последняя ситуация реализуется в случае укладки слоев по схеме + 45°, -45°, + 15°, - 15°, в которой слои 45° могут меняться местами, так же как и слои 15°. Первая из перечисленных ситуаций возникает в случае укладки слоев по схеме +45°, -15°, +15°, -45°, показанной на рис. 1.10. [c.27]

Для получения численных результатов использовался эпоксидный углепластик ТЗОО/5208, упругие характеристики которого такие же, как у материала II из, табл. 1.1. В большинстве предыдущих исследований, связанных с кромочными эффектами, коэффициенты Пуассона LT Lz Tz полагались равными. Недавнее экспериментальное исследование позволило определить значения, приведенные во второй колонке табл. 1.1. В частности, установлено, что равно приблизительно 0,6 [40]. Поэтому здесь используется это значение. На рис. 1.26—1.32 показаны распределения компонент напряжения <7 , и по ширине различных слоистых композитов. Абсцисса на этих графиках — координата по ширине слоистого композита, отнесенная к половине его толщины и определенная так, что Y = 1 соответствует свободной кромке слоистого композита, а F = О представляет точку на расстоянии, равном половине толщины слоистого композита от кромки. Эти результаты соответствуют предельному случаю, когда ширина слоистого композита стремится к бесконечности. Можно показать, что они являются очень точными для слоистых композитов, ширина которых приблизительно в два раза больше их общей толщины. На рис. 1.26—1.32 показаны координаты оси, последовательность укладки и условия нагружения. В символической записи, характеризующей ориентацию монослоев в слоистом композите, буквы Н, Q или Т, следующие за цифрами, обозначают соответственно 1/2, 1/4 и 1/3 толщины слоя. Черта сверху в этой символической записи указывает, что данные слои образуют глобальную область. [c.73]

Очевидно, что теории представленного здесь типа необходимы для описания поведения элементов конструкций из слоистых композитов, используемых на практике. Многие результаты, полученные с помощью глобально-локальной модели, и их использование при анализе межслойного разрушения приведены Сони и Кимом [43—45]. В их работах рассматривается влияние межслойного сдвига и растяжения на расслоение в композите. Модель оказалась вполне пригодной для изучения влияния характеристик материала, геометрических параметров и укладки слоев на межслойные эффекты в слоистых ком- позитах со свободными кромками. В настоящее время для рассмотрения более общих проблем теории упругости слоистых композитов разработан новый алгоритм решения. В этом алгоритме соответствующие определяющие уравнения перегруппировываются к виду, характерному для задач на собственные значения, и промежуточные величины, появляющиеся в уравнениях (80)—(83), определяются достаточно эффективно. Новый подход [52] позволяет использовать до 40 — 50 различных локальных или глобальных областей в пределах слоистого композита. [c.80]

Конструкционные слоистые композиты этого типа обычно изготавливаются на основе полимерной матрицы, армированной непрерывными волокнами. Такой системой, например, является препрег однонаправленного эпоксидного углепластикового монослоя. Обычно слоистый композит содержит набор однонаправленных слоев, спрессованных вместе и отверждшных с образованием слоистой структуры. Глобальные свойства слоистого композита могут проектироваться так, чтобы удовлетворить конкретным конструкционным требованиям путем выбора соответствуюШей последовательности укладки слоев и направлений ориентации волокон в них. Однако эти же переменные параметры слоистых композитов влияют на виды их разрушения, которые принципиально отличаются от металлов. [c.89]

Механизмы возникновения расслоения регулируются с помощью варьируемых параметров слоистого композита (последовательность укладки слоев, угол ориентащш волокон в слое и т. д.), а также локальными геометрическими разрывами (дефекты, обусловленные нагружением, свободные кромки и т. д.). В объеме слоистого композита могут появиться многочисленные расслоения, образующие систему локализованных межслойных повреждений. На рис. 2.3 показан [c.92]

В настоящем разделе представлены данные, относящиеся только к началу расслоения. В табл. 3.1 приведены уровни приложенной к образцу деформации в начале расслоения слоистых композитов с укладкой ( 30 /90 )j на основе волокон и матриц нескольких типов [11]. У п. овых трех графито-эпоксидных систем с практически одинаковыми упругими свойствами и трансверсальными прочностями уровень деформации к началу расслоения по существу одинаков. В то же время система XAS/PEEK (РЕЕК — полиэфирэфиркетон) на основе термопластического связующего разрушалась при одноосном статическом нагружении без расслоения. Волокна типа XAS очень близки по свойствам к волокнам AS-4, однако термопластическая РЕЕК-мат-рица обладает по сравнению с эпоксидной гораздо большей пластичностью. Для систем с одинаковой матрицей пороговая деформация у графитопластика меньше, чем у стеклопластика на основе стекла типа S-2. Гибридные системы I и II содержат слои графитовых волокон [c.145]

Если учесть присущие миниатюрным тензодатчикам огрг(ничення и проявить достаточную аккуратность, то применение подобных датчиков для определения компонент напряжения в зоне сильных градиентов оказывается очень результативным. Рис. 3.29 представляет еще один пример изменения деформащ1И по толщине свободной кромки слоистого композита ( 30°/9027 30°) . При приложении одноосного растяжения трансверсальная деформащм е , измеренная в срединной плоскости, сжимающая, а на поверхности раздела между слоями 90°/90° она растягивающая, что соответствует расчету. На рис. 3.30 показаны зависимости от для четырех разных слоистых графито-эпоксидных композитов с укладкой (0°/ 45°/90°) , полученные посредством тензодатчиков с базой 0,99 мм [22]. Обнаружено, что экспериментальные значения представляют среднюю деформацию в направлении z восьми срединных слоев (толщиной 1,01 мм) композита. Как видно из табл. 3.5, экспериментальные данные хорошо согласуются с расчетными. [c.164]

Известно, что перекрестно армированные слоистые композиты с углом укладки менее 15° разрушаются при гораздо меньших напряжениях, чем это следует из обычной теории прочности [31]. Ротем и Ха-шин установили, что доминирующим видом разрушения перекрестно армированных слоистых композитов при углах менее 45° является межслойный сдвиг [32]. В работе [5] было показано, что в некоторых слоистых композитах развивается высокое (теоретически бесконечное) межслойное сдвиговое напряжение [5]. Например, как показано на рис. 3.31, в, графито-эпоксидный слоистый композит ( 30°/90°) , кроме нормального напряжения в срединной плоскости, на поверхности раздела слоев -I- 30°/- 30° имеет высокое межслойное напряжение Tj . При нагружении композита растяжением значение R для срединной плоскости меньше, чем для поверхности раздела -I- 30°/- 30°, однако при сжатии ситуация меняется на обратную. Известно, что разрушение начинается, когда Л = 1, и запас прочности тем больше, чем выше R по сравнению с единицей. Причина изменения R в рассматриваемом случае состоит в том, что величина компоненты нормального напряжения остается неизменной, а знак меняется (рис. 3.31, а). Прочность при сжатии в трансверсальном направлении графито-эпоксидного слоистого композита почти в четыре раза вы- [c.171]

Как указывалось в предыдущем разделе, трансверсальное растрескивание при растяжении в большинстве случаев олережает расслоение. Экспериментальное наблюдение расслоения показывает, что трансверсальная трещина оказывает сильное влияние на порог расслоения и зону его возникновения. Оказалось, что порог расслоения меняется в соответствии с размером (длиной) трансверсальной трещины. В общем, чем длиннее трещина, тем меньшее напряжение требуется для начала расслоения. Поскольку образование (зарождение и рост) трансверсальных трещин определяется различными факторами, такими, как свойства компонентов композита, наличие остаточных технологических напряжений, толщина слоя, слоистая структура, включая последовательность укладки слоев, далее мы будем обсуждать эту проблему исходя из ограниченной информации, полученной в экспериментах. [c.172]

В работе [11] показано, что трансверсальное растрескивание заметно влияет на поведение стекло-эпоксидного слоистого композита S-2/934 ( 30 /90 ) . Причина выбора именно этой укладки состояла в том, что экспериментально определенная деформация в начале расслоения составляла примерно 1/3 расчетной в случае растяжения и хорошо совпадала с ней при нагружении сжатием. При сжатии этот слоистый композит расслаивался под действием по поверхностям раздела 30°/-30°. На ранних стадиях расслоения при растяжении между трансверсальными трещинами образовывался ряд изолированных областей расслоения в срединной плоскости или внутри пакета слоев 90°. В отличие от графито-эпоксидного композита расслоение по поверхности раздела -30°/90° не было обнаружено. На рис. 3.42 приведена типичная микрофотография, показывающая расслоение. Полученный результат указывает, что причиной расслоения было а , поскольку другие компоненты межслойного напряжения в срединной плоскости равны нулю. Осевая и поперечная деформации, представленные на рис. 3.43, определены методом, описанным в [c.176]

Снижение прочности в результате расслоения зависит от площади расслоения и вида нагружения конкретного слоистого композита. В табл. 3.8 приведена прочность при растяжении квазиизотропных слоистых композитов с разными последовательностями укладки слоев. Первые три тип композитов обнаруживают сильное расслоение до наступления полного разрушения, четвертый (0°/90°/ 45°) разрушается без признаков расслоения. Прочность нерасслоенного слои- [c.179]

Оптимальная последовательность укладки слоев композита заданной структуры позволяет значительно снизить компоненты межслой-ных напряжений. На рис. 3.49 представлены распределения межслой-ного нормального напряжения в срединной плоскости квазиизотроп-ных слоистых композитов с последовательностью укладки слоев двух типов. Межслойное нормальное напряжение в слоистом композите ( 45°/0°/90°) значительно возрастает при обмене местами слоев 90 и 0°. Это увеличение межслойного нормального напряжения обуслов- [c.183]

При применении метода короткой балки для испытания слоистых материалов приходится сталкиваться с дополнительными трудностями. В частности, межслойное касательное напряжение внутри каждого пакета слоев распределяется по параболическому закону, тогда как на границах пакетов наблюдаются изменения интенсивности напряжения. В результате распределение межслойного касательного напряжения зависит от последовательности укладки слоев, причем максимальное напряжение не обязательно совпадает с прогнозом по классической балочной теории. Рис. 4.3 и 4.4 иллюстрируют этот вывод на примере распределения касательного напряжения при трехточечном изгибе образцов из графитоэпоксидного слоистого композита (0°/90°) и (90°/0°)j соответственно. Приведенные распределения получены с помощью теории слоистой балки [2]. [c.196]

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]

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]

Следует отметить, что при отрицательных значениях рассматриваемые укладки слоев считаются предпочтительными для предотвращения трещинообразования композита при растяжении. Перемены знака в срединной плоскости можно достичь за счет изменения последовательности укладки слоев по толщине образца, соответствующего зеркальному отображению слоистой структуры от лицевой его плоскости. Это обусловлено изменением знака момента (2), когда плоскостью симметрии образца становится лицевая плоскость, а слои, фаничившие со срединной плоскостью, становятся лицевыми. Главный вектор напряжошй о >(/ = 1,. .., N) для половины толщины слоистой пластины с симметричной укладкой равен нулю. Следовательно, момент этих напряжений, не зависящий от точки приведения, не меняется по абсолютной величине, но знак его из-за указанной инверсии пакета слоев меняется на противоположный. Поэтому меняется знак и у напряжения в срединной плоскости z = О в соотношении (1). [c.306]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...