Начало расслоения

Разработан ряд прямых методов измерения характеристик напряженного состояния на поверхности раздела и адгезионной прочности. Поляризационно-оптический метод волокнистых включений наиболее надежен при определении локальной концентрации напряжений. Испытания методом выдергивания волокон из матрицы пригодны для измерения средней прочности адгезионного соединения, а методы оценки энергии разрушения — для определения начала расслоения у концов волокна. Прочность адгезионной связи можно установить по результатам испытаний композитов на сдвиг и поперечное растяжение. Динамический модуль упругости и (или) логарифмический декремент затухания колебаний применяются для определения нарушения адгезионного соединения. Динамические методы испытаний и методы короткой балки при испытаниях на сдвиг обычно пригодны для контроля качественной оценки прочности адгезионного соединения и определения влияния на нее окружающей среды. [c.83]

В гл. 2 дан обзор некоторых работ по моделированию, выполненных А. Вангом. Суть этих исследований состоит в конечноэлементном моделировании и использовании принципов классической механики разрушения для изучения начала расслоения на свободной кромке слоистых композитов. [c.7]

В гл. 3, написанной Р. Кимом, с помощью экспериментальных методов изучено поведение слоистых композитов до и после начала расслоения. В этой главе описываются методы наблюдения за началом расслоения и управления им, а также теории разрушения, включая взаимодействия трещин типов I и II. [c.7]

Можно задаться вопросом о пригодности моделей, которые приводят к конечным значениям для известных сингулярных компонент напряжения, таких, как величина на поверхности раздела 0°/90° (рис. 1.16). Как отмечал Ким [18], результаты этих моделей используются в сочетании с критерием прочности, который рассчитывается по средним напряжениям [19], для предсказания начала расслоения. Следовательно, требуется только хорошее соответствие между точным и приближенным распределениями напряжений, такое, как показан- [c.36]

Рис. 2.12. Графическое представление критерия, описывающего начало расслоения у свободной кромки. А — диапазон изменения нагрузки, соответствующей началу расслоения Б — диапазон изменения размера дефекта.

ОДНОЙ ИЛИ более толщинам слоя в зависимости от последовательности укладки слоев в композите. В большинстве случаев меньше фактического размера начального расслоения, наблюдаемого на макроскопическом уровне, следовательно, наблюдаемая деформация начала расслоения по существу связана с нижней границей Поэтому далее будет использоваться нижняя граница оцениваемой деформации, соответствующей началу расслоения, и не нужно определять точное значение а , В остальном остается вероятностной величиной, и необходимо полное определение функции Л о)- [c.107]

Дж/м . Подставляем эти значения в уравнения (2) и (3), из которых следует, что нижняя граница критической деформации слоистого композита е , соответствующая началу расслоения, составляет 0,53%. Для данного слоистого композита осевой модуль упругости перед расслоением Е ) равен 64 ГПа следовательно, оцениваемое минимальное критическое напряжение в слоистом композите в момент начала расслоения равно = 338 МПа. [c.115]

Поскольку во всех пяти случаях нормальный отрыв (трещина типа I) является фактическим типом расслоения, предполагается, что вязкость разрушения материалов имеет одинаковое значение Gj . Следовательно, расчетные минимальные деформации начала расслоения у свободной кромки в указанных пяти слоистых композитах увеличиваются (от наименьшей к наибольшей) в порядке приведенного выше перечисления. [c.118]

Соответствующие экспериментальные результаты опубликованы в работе [23]. В табл. 2.2 приведены расчетные и экспериментальные значения критического напряжения в момент начала расслоения (средние по трем или четырем образцам). [c.119]

Необходимо отметить, что в большинстве испытанных слоистых композитов, особенно [ 453/02/90 , до начала расслоения у кромки образовалось несколько поперечных трещин в слое 90°. Это может вызвать начало расслоения у кромки при более низком напряжении, приложенном к слоистому композиту. Однако данный эффект не учитывается в расчетной модели. Тем не менее в целом расчетные значения нижних границ нагрузки, соответствующей началу расслоения, очень близки к соответствующим экспериментальным значениям. В частности, расчетные значения напряжений, соответствующих началу расслоения, проявляют ту же тенденцию изменения, что и экспериментальные данные. [c.119]

В данной главе обсуждаются экспериментальные методы, помогающие понять механизм расслоения, характеризовать его количественно, оценить последствия и контролировать развитие. Рассмотрены следующие вопросы в разд. 3.2 — начало расслоения ряда слоистых композитов, определяемое методом деформащ й, включая установление координат зоны разрушения и применение неразрушающих методов контроля в разд. 3.3 — экспериментальный метод измерения межслойного нормального напряжения в срединной плоскости ряда слоистых композитов с помощью миниатюрных тензодатчиков (полученные этим методом результаты сопоставлены с расчетом при помощи так называемой глобально-локальной модели) в разд. 3.4 — методика прогнозирования начала расслоения на основе аналитической оценки напряженного состояния и теории прочности (экспериментальная проверка методики была выполнена на примере расслоения [c.138]

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]

Контроль зарождения и роста расслоения в слоистых композитах представляет собой задачу первостепенной важности. Начало расслоения вблизи свободной кромки в случаях катастрофического разрушения расслоением можно обнаружить визуально или на слух. Однако для точного и надежного определения уровня напряжения в начале расслоения требуется соответствующее оборудование. Точность и надежность экспериментального метода, используемого для обнаружения начала расслоения, зависят от возможности непрерывного контроля в процессе нагружения и чувствительности измерительной системы в целом. [c.139]

Межслойное касательное напряжение также вызывает расслоение, однако разрушение от межслойного сдвига всегда происходит не без влияния межслойного нормального напряжения, механизм действия которого совместно с касательным напряжением еще не совсем понятен. В табл. 3.3 приведены деформации в начале расслоения вследствие одновременного действия межслойных касательного и нормального напряжений. Образцы 1 и 5 расслаивались как при растяжении, так и при сжатии с разными пороговыми деформациями. Некоторые образцы расслаивались только при сжатии. Подробности, касающиеся начала расслоения, включая методику его прогнозирования, представлены в разд. 3.4. [c.148]

Предполагается, что расслоение происходит по поверхности раздела, где, согласно расчету, развивается наибольшее межслойное напряжение. Это предположение справедливо, если в образце нет зоны возмущенного напряженного состояния, связанной с повреждением, возникающим до начала расслоения. Рис. 3.9—3.19 — это микрофотографии образцов после расслоения. Расслоение от приложенного к образцу одноосного сжатия показано на рис. 3.9—3.13, а от растяжения — на рис. 3.14—3.18. Расслоение при сжатии образцов с укладками (0°/90°/ 45°)j и (0°/90з°/ 45°) (рис. 3.9и 3.10) происходит в срединной плоскости, где — единственная не равная нулю компонента [c.148]

МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАЧАЛА РАССЛОЕНИЯ [c.164]

Экспериментальные результаты не дают оснований для прогнозирования начала расслоения с помощью критерия максимального напряжения. Поэтому в работах [15,18,25] анализ напряженного состояния был дополнен критерием среднего напряжения. Распределения Oj, Tyj и на разных поверхностях раздела слоистого композита ( 30°/90°) при одноосном растяжении представлены на рис. 3.31. Полученные результаты основаны на глобально-локальной модели, рассмотренной в гл. 1. Установлено наличие сильного градиента компонент межслойного напряжения вдоль оси у вблизи свободной кромки. Предполагается, что эффективное, т. е. вызывающее разрущение, напряжение обусловлено не максимумом компонент напряжения, а их средними значениями. Эффективное напряжение определяется путем усреднения компонент межслойного напряжения на фиксированном расстоянии Лд от свободной кромки по ширине слоистого композита (рис. 3.32) и задается выражением [c.165]

В табл. 3.7 приведены условия начала расслоения гибридных слоистых композитов, содержащих слои на основе графитовых волокон и стекловолокон S-2 на эпоксидном связующем. В результате испытаний на растяжение и сжатие получены результаты, подтверждающие расчетные. [c.172]

В предыдущих разделах мы обсудили способ обнаружения начала расслоения, основанный на измерении деформации (рис. 3.3 и 3.4). Снижение жесткости композита в продольном направлении после расслоения зависит от площади расслоения [33]. На рис. 3.44 представлены осевая и поперечная деформации образца слоистого графито-эпоксидного композита (0°/ 45°/90°)j до и после расслоения. В приведенном примере изменение поперечной деформации более сильное, чем осевой деформации. В работе [33] предложен способ расчета потери жесткости частично расслоенного образца, основанный на правиле смеси [c.178]

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]

ДП,УП/ - повышение прочности в результате инверсии пакетов слоев д — отношение нагрузки начала расслоения у свободной фомки к разрушающей нагрузке и Е, — расчетный и измеренный модули упругости П/ — прочность при растяжении К" , и / l — коэффициенты вариации прочности и модуля упругости соответственно. [c.311]

Существенно иначе деформируются в поперечном направлении образцы, армированные по схеме [ 30°/90°] при нагружении до уровня осевой деформации = 0,5% и кромочная грань (ej), и середина образцов (ф линейно сжимаются по высоте, однако при дальнейшем нагружении боковая грань начинает интенсивно расширяться, и при = 0,6—0,7% становится заметным расслоение образцов в срединной плоскости в углеродных слоях, уложенных под углом 90°. Деформация же продолжает линейно изменяться, что свидетельствует о продолжении сужения образца в срединном сечении, в то время как кромочная боковая грань его уже потеряла сплошность и расслоилась. Отметим, что начало расслоения и его рост нельзя заметить по приведенной зависимости которая вплоть до разрушения [c.313]

Чтобы предсказать зарождение расслоения, необходимо ввести понятие эффективные дефекты материала . В данном случае предполагается, что распределение эффективных дефектов существует на каждой из поверхностей раздела слоев, а вблизи свободных кромок эффективные дефекты, в частности, будут инициировать расслоение. Предполагается также, что при некоторой критической нагрузке один из таких кромочных дефектов под действием межслой-ных напряжений приходит в движение и развивается в трещину расслоения макроскопического размера. Это событие рассматривается как начало расслоения у свободной кромки. [c.103]

Поскольку гипотетический критерий начала расслоения выведй из механики разрушения, необходимо определить скорость высвсв бождения энергии деформирования G у вершины гипотетическог дефекта на каждой из указанных двух поверхностей раздела. [c.110]

Сравнивая значения скорости высвобождений энергии на рис. 2.16 и 2.17, находим, что при распространении дефекта по срединно1№ плоскости высвобождается больше энергии деформирования, чем в случае дефекта такого же размера, распространяющегося по поверхности раздела -25°/90°. Вопрос о том, будет ли расслоение по срединной плоскости происходить до начала расслоения по поверхности раздела -25°/90°, решаете) с помощью критерия (3), в который также входит вязкость разрушения материала G . Здесь предполагается, что уравнение (3) применимо для анализа прорастания расслоений как типа I, так и смешанного типа. Несмотря на то что, по-видимому, отсутствует критерий разрушения путем комбинированного расслоения, предполагается, что использование уравнения (3) для анализа разрушения смешанного типа может означать наличие многих значений G . Действительно, как будет показано [c.112]

Таблица 2.2. Расчетные и экспериментальные значения критического иапряжеиия ох в момент начала расслоения

В настоящее время для обнаружения расслоения в слоистых композитах применяют различные неразрушающие методы контроля. Измерение деформации с помощью датчиков (включая экстензомет-ры), акустическая эмиссия, рентгеновская радиография, ультразвуковое С-сканирование, метод реплик, оптическая микроскопия относятся к числу доступных в настоящее время методов неразрушающего контроля расслоения. Из перечисленных методов акустическая эмиссия и тензометрия позволяют наиболее эффективно оценивать начало расслоения, поскольку обеспечивают непрерывный контроль в процессе нагружения и обладают достаточной чувствительностью. В большинстве случаев число актов акустической эмиссии в единицу времени к началу расслоения в хрупкой матрице стремительно возрастает и далее, до завершения расслоения или полного разрушения, остается на одном уровне (рис. 3.1). Однако в некоторых случаях, например для слоистого стеклопластика (стекло S-2 на эпоксидном связующем) с укладкой ( 30°/90°) , метод акустической эмиссии, как следует из рис. 3.2, неприменим, поскольку рост расслоения (и, следовательно, увеличение числа актов акустической эмиссии в единицу времени) характеризуется очень малой скоростью. Сигналы акустичес- [c.139]

Рис. 3.1. Применение метода акустической эмиссии для определения начала расслоения в графито-эпоксидиом слоистом композите (0°/ 45°/90°) . N — число актов акустической эмиссии в единицу времени.

Рис. 3.2. Применение метода акустической эмиссии для определения начала расслоен ния в слоистом эпоксидном стеклопластике S-2/1034 ( 30j /90 . N — число ак-г тов акустической эмиссии в единицу времени.

Рис. 3.3. Применение кривых деформирования для определения начала расслоения в графито-эпоксидном слоистом композите ТЗОО/5208 ( 30°/90°) . 1 — трансверсаль-иая (по толщине образца) деформация 2 — осевая деформация.

Рнс. 3.4. Применение кривык деформирования для определения начала расслоения в графито-эпоксидном слоистом композите ТЗОО/5208 (0°/ 45°/90°) . А — трансвер-сальная деформация Б — осевая деформация В — продолжение линейного участка кривой. [c.141]

На рис. 3.26 и 3.27 приведены экспериментальные зависимости Щ от осевой деформации для слоистых композитов с укладкамй ( 30°/90 j и ( 30°/90°)j. Экспериментальная точка, отмеченнар сплошным кружком, относится к началу расслоения, определенному помощью акустической эмиссии. Во всех случаях линейно изменяет ся с ростом е до начала расслоения, поел чего е либо нелинейно во [c.160]

Рассмотрим аналитический метод прогнозирования начала расслоения свободной кромки слоистого композита. Будем обсуждать подход, оснрванный на анализе напряженного состояния и критерии [c.164]

Таблица 3.6. Результаты аналитической и экспериментальной оценки начала расслоения при одноосном сжатии образцов графито-эпоксидного слоистого композита Т300/934С [18, 29]

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]

Таблица 3.7. Аналитическая и экспфиментальная оценки начала расслоения слоистых композитов )

В табл. 3.9 приведены результаты испытаний на начало расслоения графито-эпоксидных слоистых композитов ТЗОО/5208 с разными схемами армирования и укладками. Пороговые деформации определялись методом акустической змиссии как средние по четырем образцам. Усиленные образцы с первыми шестью укладками не расслаивались до полного разрушения, однако все образцы с последними тремя укладками, для которых характерны более высокие значения а , расслоились до исчерпания запаса прочности при растяжении. Деформация, соответствующая началу расслоения, увеличивается у всех трех [c.187]

Дональдсон [67], используя модель расслоения выпучиванием Уиткома [66], исследовал влияние вязкости материала на условия начала расслоения в слоистых композитах под действием сжатия. Уитком вывел выражения для G и G,, как функций приложенной нат>узки, длины трещины, ширины слоистого композита, осевой и изгибной жесткостей расслоенного композита и параметров, определяемых из решения методом конечных элементов по модели расслоения выпучиванием. При выводе таких выражений был применен метод смыкания трещины [60]. Параметры, использованные при решении задачи, включали виртуальное расстояние смыкания трещины Да, решения для сил и деформаций в вершине трещины при единичной нагрузке. Решения для четырех классов слоистых композитов для единичных сил и перемещений представлены Уит-комом в виде таблиц. В работе [67] аналитические выражения для G, и G,,, полученные Уитком ом, использованы в сочетании с итерационной процедурой для определения критических нагрузок, связанных с распространением трещины. Итерационная процедура включала выбор величин такой критической нагрузки, при которой искомые величины G и G,, одновременно удовлетворяли рассматриваемому критерию разрушения смешанного типа. [c.290]

Gj2 = 6,5 ГПа, Vj2 = 0,337. Из табл. 5.1 видно, что в изменялось от 30° (с = 12) до 42,5° (с = 0,25) (при с = величина = 37,5°). Под Сз понимается такое значение геометрического параметра с, при котором функция достигает максимума. Для рассматриваемого углепластика наиболее способствующее расслоению значение с = 2 соответствует укладке [ 30°/90°] . Действительно, при такой укладке величина достигает наибольшего значения (табл. 5.1). Контроль начала расслоения свободной кромки показал, что минимальная деформация расслоения ср = 0,13% зарегистрирована при испытании образцов с максимальной величиной с, равной 12, а максимальная деформация 0,7% соответствовала укладке [ 30°/90 при с == 0,5. Анализ отношения нагрузки начала расслоения к разрушающей нагрузке также показал, что эта величина не является постоянной и изменяется в данном случае от 0,29 до 0,80. Композитные материалы, у которых с равно 6 или 12, начинали расслаиваться при относительно низких нагрузках, образцы остальных типов расслаивались при более вйсоких относительных нагрузках, составляющих 0,72—0,80 Р , где — нагрузка, при которой происходит разрушение образца. Следует отметить, что образцы с наименьшим значением параметра с (0,25) разрушались без расслоения. Для соответствующей укладки ([ 30°/90 ) отношение равно [c.312]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...