Трещины зарождение в композитах

Трещины зарождение в композитах с металлической матрицей 410 [c.482]

Хотя по их концепции не представляется возможным объяснить зарождение и рост трещин, а полученное ими соотношение зависит от предполагаемого места расположения и формы трещины, эта концепция согласуется как с более ранними теоретическими выводами относительно остаточных термических напряжений, так и с термодинамическими представлениями Гриффитса. Она также согласуется с экспериментальными наблюдениями, показывающими, что трещины образуются только вокруг частиц более крупных размеров в композитах, изготовленных при повышенных температурах. [c.38]

Из трех факторов, определяющих прочность, размер трещины больше всего зависит от дисперсной фазы. Вследствие различия в термоупругих свойствах отдельных фаз, их плохого сцепления и т. п. частицы и агломераты частиц могут служить источниками зарождения трещин и инициаторами разрушения. Теоретически и экспериментально показано, что размер трещин может быть доведен до минимума для получения высокой прочности, если в процессе изготовления композита выбирать дисперсию частиц малого размера. Таким образом, представляется возможным оптимизировать прочность композитов с дисперсными частицами, если определено влияние дисперсии на три фактора, определяющих прочность. [c.12]

Подход, принятый в этом обзоре, состоит в том, чтобы обсудить механизмы разрушения с точки зрения классической последовательности усталостных явлений упрочнения — разупрочнения, зарождения трещин и роста трещин. Преимущество данного подхода в том, что при его помощи внимание сосредоточивается на полезном сопоставлении поведения композитов с металлической матрицей и металлов при разрушении. Несмотря на то что неизбежны некоторые повторения, вопрос о поверхностях раздела и их роли в сопротивлении композитов усталостному разрушению вследствие своего уникального значения для композитов анализируется отдельно. В общих чертах изложены некоторые результаты воздействия окружающей среды, дана модель усталостного разрушения, сделан обзор критериев проектирования композитов для работы в условиях усталости и поставлены задачи для дальнейших исследований. [c.395]

Усталостные трещины в металлах почти всегда возникают на свободных поверхностях, и поэтому усталостная прочность металлов очень чувствительна к поверхностным дефектам. В металлах, армированных волокнами, усталостные трещины могут зарождаться в двух основных местах на свободных поверхностях и на границах раздела волокна и матрицы. От свойств волокна и границы раздела волокна и матрицы зависит, будут ли последние служить местами зарождения усталостных трещин или нет. Высокопрочные хрупкие волокна, имеющие малую деформацию разрушения и большой статистический разброс прочности на разрыв (см., например, [50]), могут разрываться при растяжении в произвольных слабых точках по всему композиту. Каждый такой разрыв волокна является возможным местом зарождения усталостных трещин в металлической матрице. Затем там в результате локальной концентрации напряжений происходит классическое явление усталости. [c.406]

То, что большая часть жизни композита в условиях усталости затрачивается на рост усталостных трещин, подсказывает три возможности улучшения усталостной прочности композита (1) создание препятствий зарождению трещин на свободных поверхностях, (2) устранение разорванных волокон и (3) контроль роста трещин. Первая представляет собой такую же проблему, как и для металлов, здесь не возникает никаких новых серьезных задач. Две последние, по-видимому, являются потенциальными возможностями для наибольшего увеличения усталостной прочности. [c.410]

Армирование металлов прочными жесткими волокнами может значительно поднять предел усталости. При этом не только увеличивается несущая способность композита, но и усталостные трещины могут задерживаться, тормозиться и отклоняться волокнами. Усталостные процессы в металлах, армированных волокнами, можно охарактеризовать следующим образом в процессе одноосного циклического нагружения композиты имеют тенденцию к циклической устойчивости, к отсутствию значительного упрочнения или разупрочнения. Как и в металлах, усталостные трещины зарождаются на свободных поверхностях, но могут также возникать и внутри композита около оборванных волокон или у их концов. Поверхности раздела волокон и матрицы могут задерживать или тормозить усталостные трещины или же менять направление их роста таким образом, что распространение становится относительно безопасным. Поскольку мест для возможного зарождения трещин много и поверхности раздела способны изменять направление роста трещин, отличительной чертой поверхностей усталостного разрушения в волокнистых композитах в случае высокой усталостной прочности является их крайне неровный характер. [c.437]

В композитах с хрупким волокном, в которых обрывы волокон появляются сразу после нагружения в условиях малоцикдовой усталости, можно считать, что зарождение трещин происходит немедленно и практически все время жизни образца затрачивается [c.409]

Современное понимание зарождения усталостных трещин в армированных волокнами металлах можно резюмирова1ь следующим образом. Зарождение усталостных трещин в композитах отличается от зарождения усталостных трещин в металлах только тем, что, кроме свободных поверхностей, играющих роль мест зарождения трещин, новым источником усталостных трещин в композитах служат разорванные волокна. Эта проблема, естественно, является более острой для случая хрупких волокон, наличия хрупких покрытий на волокнах или хрупких продуктов реакций на поверхностях раздела. Важно, что зарождение трещин происходит во внутренних точках и не без труда поддается наблюдениям или контролю методами неразрушающих испытаний. Будут ли усталостные трещины зарождаться на самом деле у разорванных волокон или нет, зависит от величины соответствующего коэффициента интенсивности напряжений, который пропорционален диаметру волокна (длине начальной трещины) и амплитуде напряжений. Последующий рост трещин определяется упругими свойствами, пределом текучести и характеристиками механического упрочнения компонентов, а также прочностью границы раздела волокна и матрицы и ее микроструктурой. [c.410]

Преимущество хороших нитей сказьшается лишь для небольшого числа слоев в листе кроме того, вероятность зарождения одинаковых начальных трещин под нагрузкой в композитах с хорошими волокнами меньше, чем в композитах с плохими волокнами. Вероятность зарождения начальной дискообразной трещины радиуса md при нагрузке о можно оценить формулой вида [c.85]

Необходимо различать разрушение вследствие потери целостности 4 и хрупкое разрушение 8 как результат постепенного накопления повреждений. Внешний вид образцов после разрушения может быть сходным, однако анализ структуры разрушенных образцов показывает, что во втором случае множество малых трещин пронизывает весь образец, а финальная трещина проходит через эти малые трещины. Типичный пример — разрушение образца из высокопрочного однонаправленного композита при растяжении в направлении волокон (см. также 4.11—4.13). Эксперименты показывают, что волокна разрушенного образца обычно бывают раздробленными на небольшие отрезки, и финальная трещина проходит в основном через места разрыва отдельных волокон. Другой пример — разрушение некоторых горных пород и силикатных материалов при сжатии, которое часто сопровождается множественным растрескиванием. Механизмы хрупкого разрушения 2 и 5 следует трактовать как предельные случаи механизмов зарождения и роста макроскопической трещины типа последовательности 1—3—5—6—7. При этом 1 Р. где р — характерный размер структурного элемента. [c.138]

Образование переориентации здесь является эффектом поверхности и не связано с локализацией деформации внутри объема связки. Наличие исходного мезоскопического масштаба в композитах (например, расстояния между включепиямп I) приводит к увеличению вероятности зарождения в таких материалах ротационной деформации [27]. Включения в композитах играют роль, подобную границам зерен в поликристаллах. Они могут являться переключателями механизмов деформации [28]. Экспериментальным свидетельством наличия переключения служит работа [29], в которой показано, что реализация скольжения или двойникования в композитном материале зависит от расстояния между включениями I. Типичным примером этого процесса может быть зарождение дискли-национных мод кручения вблизи упрочняющих волокон [30]. Неоднородность плотности заторможенных дислокаций на фасетках границ волокон-частиц приводит к образованию дисклинаций и поворотных моментов. Дальнейшая релаксация может происходить за счет образования трещин по границе, если она неподвижна, либо за счет скручивания волокон или поворота дисперсных частиц [30]. [c.198]

Модели представляли собой идеализированные композиты, состоящие из чередующихся полос армирующего и матричного материалов. Они имели вид пластмассовых пластинок толщиной /4 дюйма, содержащих параллельные и равноотстоящие стеклянные бруски поперечного сечения /4 X Л дюйма. Стеклянные бруски были сцементированы с полосами полиэфирной смолы Homalite 100, что давало модель композита. К концам образца были прикреплены прокладки из плексигласа. В середине центрального стеклянного бруска высверливались маленькие отверстия, которым ультразвуковой обработкой придавалась форма щели это обеспечивало зарождение трещины и локализовало его [c.541]

Протяженность области концентрации напряжений dg или пластической зоны dp в слоистых композитах с упругими или пластичными матрицами определяет область влияния неоднородности напряженного состояния, вызванной разрушением одного или более находящихся рядом армирующих элементов. Как только произойдет разрушение с образованием трещины, как показано на рис. 4 и 5, напряжения в двух элементах с каждой стороны ее на длине б = 2й возрастут по сравнению с номинальным напряжением всюду вне этой области. Наиболее вероятно, что дальнейшие процессы разрушения будут локализованы в этой полосе длины б и сопровождаться развитием существующей зародьнпевой трещины. Следовательно, как отметили впервые Гюсер и Гурланд [12] и широко использовал Розен с соавт. [30], нагруженный слоистый композит полной длины L можно рассматривать как ряд из п = = ЫЬ статистически независимых соединенных звеньев, как показано на рис. 6, в каждом из которых может независимо происходить зарождение разрушения и процесс его развития. [c.185]

Если S (t) —квазимонотонная возрастающая функция, то ij a О при S < sr и i 2 = [(s/sy) — 11 i i при s Sy. Целесообразно ввести третью меру повреждения з = I l + Ч г. равную отношению суммы всех длин передачи к суммарной длине всех волокон. Условие = 1 означает разрушение всех структурных элементов, а условие г з = 1 соответствует полному расслоению образца. В действительности i и з достаточно малы по сравнению с единицей, поскольку при сравнительно малых плотностях повреждений происходит либо,потеря целостности композита, либо зарождение макроскопической трещины. [c.158]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...