Однонаправленно армированный композит

Однонаправленно армированный композит [c.39]

ОДНОНАПРАВЛЕННО АРМИРОВАННЫЙ КОМПОЗИТ [c.39]

В случае ре 0, л решения системы (1.92) дают однонаправленно армированный композит, аналогичный рассмотренному в [c.45]

Для определения прочности композита необходимо точно знать условия разрушения каждого из слоев в отдельности, причем как в изолированном друг от друга состоянии, так и в композите. Число направлений армирования, т. е. монослоев, уложенных в различных направлениях, невелико от 2 до 4, не более. Вот почему возникает необходимость вывода наиболее простого и удобного практически критерия, основанного на данных испытаний самих композитных образцов, а не только на свойствах изолированных слоев, либо же искусственного материала, однонаправленно армированного. [c.60]

Приведенные зависимости относятся к однонаправленно-армированному гибридному композиту. Далее рассмотрим основные упругие характеристики ортогонально-армированного материала. Принимаем, что ортогонально-армированный гибридный композит состоит из однонаправленно-армированных слоев а и Ь. Расчетная схема такого материала показана на рис. 2.30. Сплошными линиями схематически показаны волокна типа В , а пунктиром — волокна типа С . Структура материала симметрична относительно срединной поверхности. [c.81]

Однонаправленный композит по-разному сопротивляется сдвигу в плоскости армирования и перпендикулярно ей. В первом случае эффект армирования практически отсутствует и сдвиговая прочность композита определяется в [c.43]

Рис. 6.6. KoHxyp j вектора напряжения а,- и вектора прочности Ft для трещины в однонаправленно армированном композите при отношении действующих напряжений aj j/Za = 1,0 и Гс = 1,95 мм (см. [20]). [c.236]

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]

Рис. 7.5. Напряжения (Ю -фупт/дюйм ) в эпоксидной матрице боропла-стика для АТ = —153 °С без учета ползучести матрицы, Н/мм = = 6,9 10 фуит/дюйм . й — однонаправленный композит б — ортогонально армированный композит.

В случае растяжения однонаправленного материала под углом ф к направлению армирования композит состоит из одного слоя, повернутого на угол ф к оси х. Поэтому все жесткости gij композита в целом совпадают с соответствующими жесткостями gij однонаправленного материала в системе координат х, у gfi, = [c.34]

Возможны и противоположные случаи, когда прочность однонаправленного армированного композита оказывается выше, чем определяемая уравнением (7.26), Например, если пластичная матрица армирована пластичными волокнами, то при растяжении композита связь между волокнами и матрицей затрудняет образование шейки на волокнах. В результате волокна в композите деформируются более равномерно и увеличивается условный предел прочности волокон и композита в целом. [c.88]

Для удобства приведем здесь полный набор выражений для различных компонент через технические константы для ор-тотропного материала, каким является армированный параллельными волокнами слой композита. Относительно лежащих в плоскостях упругой симметрии осей х, у, z (одна из этих осей параллельна волокнам в однонаправленном композите) имеем следующие выражения [26] [c.52]

Под действием повторного нагружения в композитах могут проявляться различные механизмы усталости. В однонаправленных композитах, армированных высокопрочными элементами, разрушение может произойти в результате усталости матрицы, сопровождающейся расслоением и потерей изгибной жесткости. В композитах с большим разбросом прочности элементов начальное распределение максимальных растягивающих напряжений приводит к ряду изолированных разрушений армирующих элементов. Циклическое нагружение затем может привести к усталостному расслоению по границе элемент — матрица между изолированными разрушениями элементов. Как только эти изолированные разрушения соединятся при расслоении и образуется эффективная критическая поперечная трещина, композит разрушится хрупким образом. [c.181]

В большинстве случаев практического применения волокнистых композитов объемная доля волокон велика, и они воспринимают большую часть нагрузки. Функция матрицы состоит в том, чтобы удерживать волокна вместе и передавать нагрузку от разрушенных волокон на окружающие при помощи сдвиговых напряжений вблизи мест разрывов. Это действительно так, если большинство волокон непрерывные и нагрузка прикладывается в направлении их укладки. Если они разрывны или нагрузка прикладывается не в направлении волокон (в однонаправленном композите или армированном под углом), то материал матрицы в значительной степени участвует в восприятии приложенной нагрузки. Большая часть настоящей главы посвящена однонаправленным волокнистым композитам, нагруженным в направлении волокон, поэтому роль материала матрицы здесь ограничивается перераспределением нагрузок около концов разорванных волокон (или около мест разрывов при армировании короткими волокнами). [c.279]

Некоторые результаты по длительной прочности графито-эпоксидных образцов с угловой укладкой при 121 °С приведены в [23], они показывают наличие запаздывающего разрушения. Здесь опять полезная информация слишком ограничена, чтобы сделать какие-либо определенные выводы. В работе [36] исследована длительная прочность эпоксидных пластиков, армированных берил-лиевыми волокнами. Образцы были сделаны из 12 однонаправленных слоев, причем в соседних слоях волокна располагались перпендикулярно друг к другу (за исключением центральной плоскости). Композит перед разрушением подобно некоторым металлам показал три стадии ползучести. Значения длительной прочности для шести образцов берилпиевого композита попали в очень широкий интервал времен, соответствующих разрушению проволок. Тенденция здесь, по-видимому, состоит в стремлении к уровню, составляющему около 75% от максимальной прочности, при котором долговечность равна 788 ч. [c.297]

Исследованы механизмы разрушения материалов, армированных волокнами при статическом и циклическом нагружениях. Показана важность и Необходимость рассмотрения разрушения композитов на микроуровне. Причина этого заключается в первую очередь в присущей этим материалам неоднородности и анизотропии, приводящим к существованию многочисленных плоскостей слабого сопротивления (например, сдвигу и поперечному отрыву), по которым, как правило, распространяются трещины. В начале главы коротко рассмотрены виды разрушения однонаправленных слоистых композитов без надрезов при растяжении — сжатии в направлении армирования и перпендикулярном направлении, а также при сдвиге. Акцент сделан на особенностях разрушения этих композитов на уровне компонент. Макроповедение композитов оценивалось на основании анализа неустойчивого развития повреждений, возникших на микроуровне. При помощи модели, названной моделью сдвигового анализа, учитывающей неоднородность композита на микроуровне, теоретически обосновано аномальное влияние диаметра отверстия в слоистом композите на несущую способность. Этот метод анализа также использован для моделирования поведения слоистого композита со сквозным отверстием. [c.33]

Применение методов классической механики разрушения на уровне структурных элементов слоя позволяет рассматривать композит как неоднородную среду и, но-видимому, является наиболее сильным подходом. Основная цель в этом случае заключается в определении критических коэффициентов концентрации напряжений Ки- Однако практическое применение классической механики разрушения к композитам ограничено чрезвычайной сложностью анализа напряженного состояния неоднородной среды. В большинстве случаев это практически невыполнимая задача, поэтому до настоящего времени численные результаты получены только для простейших, однонаправленных, схем армирования. [c.53]

ID HOM растяжении (сжатии), чем однонаправленный композит, нагруженный под углом к направлению армирования, вполне возможно, что первые разрушаются преждевременно именно из-за расслоения [13]. [c.135]

В сущности все методы построения предельных поверхностей слоистых композитов предполагают использование линейно упругого подхода при определении напряженного состояния материала. Из этого однозначно следует, что для слоя достижение предела текучести равносильно исчерпанию несущей способности. В результате расчетная диаграмма а(е) композита получается или линейной или кусочно линейной, если отдельные слои, составляющие композит, достигают предельного состояния еще в процессе нагружения, до разрушения композита в целом. Многие из практически используемых видов однонаправленных композитов в действительности деформируются нелинейно при действии касательных напряжений и напряжений, перпендикулярных направлению армирования. В результате и диаграмма деформирования слоистого композита в целом может оказаться нелинейной. Более того, отдельные слои композита могут обладать [c.149]

В настоящее время интенсивно исследуется применение метода / -кривых. Поскольку условия задачи распространения трещин параллельно направлению армирования в однонаправленном композите не противоречат основным положениям механики разрушения, не удивительно, что применение к такой задаче более совершенных теорий приводит к очень хорошим результатам. Отсутствие различий в описании экспериментов на слоистых композитах со схемами армирования, более сложными, чем однонаправленная, при помощи приближенных и более точных теорий разрушения наводит на мысль, что многие особенности поведения слоистых композитов еще не учтены существующими теориями. Поэтому следует уделять должное внимание сопоставлению предлагае- [c.245]

В однонаправленном композите после охлаждения на 153 °С от температуры, соответствующей отсутствию усадочных напряжений. Средние напряжения в направлении армирования в волокне и матрице приблизительно одинаковы, но противоположны по знаку. Максимальные нормальные напряжения в поперечных направлениях выше, чем в направлении армирования и в среднем не равны нулю вдоль любой стороны рассматриваемого повторяющегося элемента структуры. Ни одной из компонент напряжения в данном материале нельзя пренебречь, если учесть, что температурный перепад в 153°С обычен для цикла отверждения промышленного полуфабриката и что предельные напряжения материала матрицы составляют около 69 Н/мм (10 фунт/дюйм2). [c.262]

Рассмотренные выше формулы для определения прочности композита справедливы, когда армирующие волокна непрерывны. Если же композит армирован короткими дискретными волокнами, то нужно учитывать так называемый концевой эффект , связанный с концентрацией напряжений. Для однонаправленных дискретных волокон, напряжение на каждом волокне вдоль его длины неравномерно, оно возрастает от конца к середине. Поэтому прочность при растяжении таких материалов зависит от относительной величины - средней длины волокна [c.86]

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]

Отношение экспериментальных значений модулей упругости в направлении армирования хорошо согласуется с расчетным. Явное превосходство у 4Д композита над ЗД композитом лишь в модулях сдвига. По остальным приведенным характеристикам они значительно уступаю" последнему. Однако увеличение одних характеристик за счет снижения других в 4Д композите эффективно достигается изменением угла наклона волокон, параллельных диагоналям правильного параллелепипеда. Увеличение угла приводит к возрастанию модулей упругости и к снижению модулей сдвига, т, е. значения упругих характеристик приближаются к значениям однонаправленного материала. [c.299]

Одним нэ основных методов оптимального проектирования слоистых конструкций из волокнистых композитов является подход, основанный на сетевом анализе. При таком подходе направления армирования в каждом слое совпадают с траекториями главных напряжений принимается, что композит обладает нулевой жесткостью в направлении, поперечном армированию, и работает лишь на растяжение вдоль волокон. В этом случае вычисление интеграла по объему от первого инварианта в зависимости (6.3) упрощается, так как Oj = а, = 0. Очевидно, что максимальная массовая энергоемкость достигается в равнонапряженных конструкциях с = onst = П% (Щ — прочность однонаправленного композита на растяжение вдоль волокон). [c.422]

Если подвергнуть однонаправленный композит испытанию на растяжение или на сдвиг, то разрушение может произойти частично за счет разрьша волокон, а частично за счет скалывания матрицы. Аналогичные соображения оказываются справедливыми и в общем случае армирования композиционных материалов волокнами. [c.390]

Армированный материал. Рассматривается плоская задача о стационарном распространении свободной трещины, движущейся перпендикулярно волокнам в дискретном однонаправленном композите. Постановка задачи учитывает дискретную структуру композита [58] и приводит к конечным напряжениям в материале. Трещина продвигается вперед, когда нормальное напряжение в волокне достигает предела прочности. При анализе длинноволнового приближения обнаруживается, что напряжение в окрестности кончика трещины не ограничено и указанный выше критерий распространения трещины становится неприменимым. [c.284]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...