Межслойное разрушение композитов

МЕЖСЛОЙНОЕ РАЗРУШЕНИЕ КОМПОЗИТОВ [c.178]

Подойти к решению проблемы расчета предельных напряжений слоистого композита можно также, рассматривая рост зон межслойного разрушения до тех пор, пока не наступит разрушение композита в целом от расслоения или разрушения волокна. [c.51]

На рис. 2.29 показаны типичные зависимости, полученные при помощи предложенного анализа. Верхний график иллюстрирует характерное изменение протяженности а зоны межслойного разрушения при изменении средних напряжений сг, приложенных к композиту. Межслойное разрушение начинается только после того, как напряжения между слоями достигнут уровня Су, соответствующего появлению неупругой области на границе трещины в слое. При дальнейшем росте напряжений вплоть до уровня Ос (рис. 2.29) размер неупругой области увеличивается. При Ос нарушится связь между слоями с трещиной и смежными слоями (начинается процесс расслоения). При этом в большинстве случаев еще возможно дальнейшее увеличение средних напряжений в композите. Как правило, рост напряжений выше уровня сгс составляет 10 ч- 100% в зависимости от свойств материала. Окончательно, при напряжении Od рост области расслоения становится неустойчивым, и последующее малое приращение приложенных напрял<ений приводит к полному разрушению композита. Напряжение Od считается напряжением, приводящим к разрушению слоистого композита от нарушения межслойных адгезионных связей, при условии, что в композите существуют слои с начальными трещинами. Подобное представление процесса межслойного разрушения аналогично рассмотренному ранее процессу распространения трещины в направлении нагружения (рис. 2.27). [c.82]

На рис. а а — размер зоны межслойного разрушения а — напряжение, приложенное к композиту / —разрушение композита от распространяющейся области нарушения сцепления между слоями. [c.83]

ЦИКЛОВ С использованием соответственно пересчитанных механических характеристик материала. Предположим, что рассматриваемый слоистый композит содержит начальную поперечную сквозную трещину длиной 2а. Тогда первые несколько циклов нагружения при заданных отношениях напряжений и амплитуды максимального напряжения не приведут к существенным изменениям напряженного состояния у кончика трещины. Последующее длительное воздействие циклической нагрузки вызовет изменения в матрице, волокнах и поверхности раздела. Этот процесс описывается уравнениями (2.6), (2.7). Наступает момент, когда характеристики жесткости и прочности композита изменяются настолько, что появляется возможность распространения трещины в наиравлении нагружения, как показано на рис. 2.27. Вначале рост трещины устойчив — это было показано ранее. Следовательно, геометрия образовавшейся трещины такова, что материал еще может безопасно подвергаться дальнейшему нагружению. При этом продолжается уменьшение модулей упругости и прочности, что, вероятно, вызывает ускорение роста трещины. В конечном итоге после многократного повторения циклов нагружения свойства материала ухудшаются настолько, что при амплитудном значении напряжения трещина прорастает катастрофически и наступает усталостное разрушение. Однако следует иметь в виду, что в результате действия механизмов, тормозящих разрушение, как в случае слоистого композита со схемой армирования [0°/90°] , усталостное испытание может закончиться разрушением образца вследствие падения его прочностных свойств. В процессе усталостного нагружения могут, кроме указанного, проявиться и другие механизмы разрушения, такие, как разрушение волокон в окрестности кончика трещины из-за высокой концентрации напряжений. За этим может последовать распространение поперечной трещины, как показано на рис. 2.31, или межслойное разрушение (расслоение) вблизи надреза (рис. 2.16), или вдоль свободных кромок образца (рис. 2.17). В любом из этих случаев развитие процесса разрушения поддается предсказанию. Получив количественную оценку протяженности области разрушения (определяемой как а или а), можно установить соотношения da/dN или da/dN и сравнить их с экспериментальными данными. [c.90]

Ранее упоминалось, что предложенный анализ не позволяет учитывать очень существенное влияние последовательности укладки слоев композита по толщине и межслойное разрушение. Однако известно (см., например, [16]), что предельная нагрузка и вид разрушения композитов при статическом и усталостном нагружениях сильно зависят от [c.95]

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]

В данной главе метод короткой балки рассмотрен вместе с другими методами, пригодными для изучения межслойного разрушения. Хотя методы механики межслойного разрушения — основной инструмент анализа разрушения, постоянное использование на практике трехточечного изгиба короткой балки заставляет уделить внимание анализу достоинств или недостатков этого метода. Кроме того, представляет интерес взаимосвязь между базовыми экспериментальными данными и поведением конструкции в целом, а также взаимосвязь между основными свойствами полимера и его поведением в виде полимерной матрицы композита. [c.194]

Следует отметить, что рассмотренные типы разрушения характерны для современных композитов, с высокой межслойной сдвиговой прочностью (например, графито-эпоксидных). Другие материалы, с низкими межслойными характеристиками, могут, до появления других типов разрушения, проявлять чисто межслойное разрушение. В этом случае приемлем метод определения сдвиговых свойств при изгибе короткой балки. [c.215]

Исследования в области механики межслойного разрушения стимулировались проблемами, связанными с чувствительностью к повреждениям композитов, применяемых в авиационных конструкциях. В результате большая часть полученных к настоящему времени данных относится к жестким высокопрочным композитам, армированных графитовыми волокнами. Информация, представленная в данной главе, отражает эту тенденцию. Тем не менее обсуждаемые методы Оценки можно применять к большому разнообразию композитных материалов. [c.217]

Испытание на расслоение у кромки было использовано для Оценки межслойного разрушения типа I композитов [36]. Образец для такого испытания представляет собой прямоугольную в плане полосу (рис. 4.37) для растяжения, в которой начальные трещины вдоль кромок образованы путем вклейки в процессе формования узких, тонких полосок однородного материала. Эти полоски располагаются вдоль свободных кромок в срединной плоскости с целью Инициирования расслоения типа I. Для некоторых укладок компо- [c.239]

Указанное явление многократно наблюдалось экспериментально не только в довольно очевидных случаях армированных смол, но и, например, в направленно кристаллизованных эвтектических сплавах [41, 80]. Отклонение трещины отмечалось также в слоистых материалах [26, 60, 5], где было получено значительное увеличение вязкости разрушения за счет механизма поворота трещины. Для изотропных материалов необходимое отношение прочности на растяжение к межслойной сдвиговой прочности равно примерно четырем. Для большинства сортов древесины это отношение около шести, в то время как для крайне анизотропных материалов типа углепластиков величина отношения может достигать 11 (см. [50]). Это означает, что для безусловного возникновения расслаивания, действующего как механизм торможения трещины в современных сильно анизотропных композитах, межслойная сдвиговая прочность должна быть довольно низкой. Это может быть допустимым в некоторых конструкциях, испытывающих воздействие простого растяжения, но при необходимости сопротивления двухосному нагружению невозможно одновременно достигнуть удовлетворительной прочности и нечувствительности к надрезам. [c.466]

Кроме того, начальные разрушения слоев (поперек направления армирования или сдвиговые) в композите приведут к появлению отдельных трещин между волокнами в этих слоях. Разрушиться может как поверхностный слой, так и слой, лежащий внутри пакета материала. Как только появилась трещина между волокнами, межслойные касательные напряжения вблизи нее обеспечивают действие механизма перераспределения напряжений. Усилия, воспринимаемые слоем, после его разрушения могут быть перенесены на прилегающие неповрежденные слои, допуская тем самым дальнейшее возрастание нагрузки на композит без его разрушения в целом. Ранее уже упоминалось, что понимание особенностей поведения слоистого композита после появления начальных разрушений в слоях при низких уровнях напряжений чрезвычайно важно в задаче оценки несущей способности изделий из слоистых композитов. [c.80]

В работе [48] эти механизмы разрушения изучены для плоского напряженного состояния вокруг короткой трещины, параллельной волокнам, в одном или нескольких слоях композита (см. рис. 2.28). Установлено, что в исследуемой области существуют межслойные касательные и нормальные напряжения, а также концентрация напряжений в неповрежденных слоях, прилегающих к слою, содержащему трещину, и в самом этом слое рядом с трещиной. Рассмотрены следующие механизмы разрушения нарушение сцепления между слоями, разрушение вследствие перенапряжения в слоях, прилегающих к слою с трещиной, и линейное распространение инициированных трещин в слоях. [c.80]

Еще одним видом разрушения, присущим исключительно слоистым композитам, является расслоение в условиях плоского напряженного состояния. В простейшем случае этот вид разрушения можно наблюдать при одноосном растяжении плоских образцов со свободными кромками (рис. 3.21). Причиной такого вида разрушения плоских образцов является высокая концентрация межслойных нормальных напряжений в области, расположенной вдоль свободных кромок ), вызванная различием свойств смежных слоев (коэффициентов Пуассона, коэффициентов термического расширения и т. п.) [38]. [c.133]

Исследованию подвергались композиты, у которых в качестве матрицы использовалась эпоксидная смола. Для армирования применялись различные волокна, располагавшиеся в одном направлении. Сопоставление результатов, полученных при использовании изложенной здесь методики, с результатами экспериментального исследования энергии удара показывает, что расчетные значения оказываются выше экспериментальных. Действительные значения составляют 41—68% от расчетных. Это обстоятельство, по-видимому, связано с тем, что в процессе разрушения дополнительно имеет место межслойный сдвиг. [c.174]

Созданы методики и оборудование для усталостных испытаний высокомодульных материалов. Расчеты на прочность при переменных нагрузках как по коэффициентам запаса прочности, так и при помощи вероятностных методов расчета требуют знания характеристик сопротивления усталости материала. Для этого разработаны оборудование и методики проведения усталостных испытаний композитов при растяжении, изгибе, межслойном сдвиге и смятии в мало- и многоцикловой областях. Установлено, в частности, что современные углепластики обладают высоким сопротивлением усталости по сравнению с металлическими материалами, что позволяет эффективно применять их при значительных амплитудах переменных нагрузок. Были выявлены статистические закономерности подобия усталостного разрушения углепластиков и разработаны предпосылки создания инженерной методики оценки усталостной долговечности элементов конструкций из углепластиков. [c.17]

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]

Далее эффективность глобально-локальной модели изучалась для слоистых композитов, содержащих до восьми слоев [41]. В работе [41], кроме того, исследовался вопрос о более точном определении границ применимости глобально-локальной модели при рассмотрении ряда задач о слоистых композитах, которым характерны меж-слойные напряжения, достаточно малые по величине, что и является наибольшей проблемой для данной модели. Экспериментальные результаты по расслоению [42] использованы, чтобы показать, что наиболее чувствительный диапазон для глобально-локальной модели лежит вне области практического интереса, по крайней мере при статическом нагружении слоистых композитов со свободными кромками. Характер наблюдаемого разрушения свидетельствует о том, что межслойные напряжения не оказывают значительного влияния на процесс разрушения слоистых композитов. [c.79]

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]

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]

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]

Основываясь на современном уровне интерпретации межслойно-го разрушения композитов, как она представлена в настоящей главе, можно сделать ряд важных выводов. Во-первых, ввиду низкой чувствительности задачи одномерного расслоения к критерию разрушения смешанного типа при описании разрушения следует сосредоточиться на оценке поведения при деформировании типов I и II и использовать линейный критерий разрушения смешанного типа, представленный уравнением (142). Метод двойной консольной балки и испытание на изгиб балки с концевым надрезом являются, по-видимому, наиболее практичными и перспективными подходами к оценке поведения при деформировании типов I и II соответственно. Для разработки смол, образующих матрицу композита, можно использовать зти же методы и образцы с адгезионной связью. Поведение при разрушении чистого связующего часто можно соотнести с межслойным разрушением композита по матрице in situ при условии, что ограничена пластическая деформация. Выполнить это условие можно, создав тонкий (около 0,05 мм) слой связующего. [c.294]

Обсуждаться будет только случай однонаправленного армирования, поскольку по усталости таких композитов проводились наиболее подробные исследования. К тому же наибольший акцент будет сделан на обсуждение результатов испытаний образцов на одноосное нагружение параллельно направлению укладки волокон, так как в этих экспериментах имеет место однородное напряженное состояние и интерпретировать такие результаты проще всего. В большинстве случаев увеличение угла между направлением приложения нагрузки и направлением армирования приводит к понижению усталостной прочности композитов и к изменению вида разрушения, а испытания на изгиб делают более выраженным межслойное разрушение сдвигом. [c.395]

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]

Метод короткой балки позволяет измерить кажущуюся меж-слойную сдвиговую прочность композитов. Следовательно, он непригоден для получения исходной информации для проектирования. Тем не менее были случаи применения характеристик, определенных методом короткой балки в качестве допустимых параметров проектирования. Второе ограничение метода оценки сопротивления сдвигу на короткой балке применительно к современным композитам типа графито-эпоксидных вызывает серьезные сомнения относительно его полезности, даже в качестве метода предварительного отбора. В частности, при нагружении тонких однонаправленных образцов-балок (распространенного типа графито-эпоксидных изделий) исчерпание несущей способности не всегда реализуется в виде межслойного разрушения. Результаты подобных испытаний часто публикуются без упоминания вида разрушения при этом подразумевается, что изучаемое межслойное разрушение в эксперименте было реализовано. В качестве альтернативы тонкому образцу для сдвига при трехточечном изгибе были предложены образцы нового типа [1], в том числе толстая балка и балка для четырехточечного изгиба, размеры которой обеспечивают межслойное разрушение [c.195]

Эквивалентность данных испытаний двойной консольной балки с тонким адгезионным слоем и композитных образцов иллюстрируется на рис. 4.36, где сопоставлены критические скорости высвобождения энергии деформирования при адгезионном разрушении и межслойном разрушении [31]. Величины для пластичных смол (ВР 907 и РЕЕК) получены на тонких ( <0,033 мм) слоях, а для смол Narm o 5208 и Her ules 3502 — на слоях /<0,25 мм. Чтобы избежать осложнений, связанных с образованием мостиков из волокон (разд. 4.4.6), при испытаниях композитов учитывалось значение рассчитанное по начальному прорастанию трещины. В табл. 4.4 представлены те же данные, что и на рис. 4.36. При обработке экспериментальных результатов, приведенных на рис. 4.35 и 4.36, использовалось уравнение (49). [c.239]

Образец с центральным надрезом для растяжения под углом к направлению армирования показан на рис. 4.62. Этот образец имитирует межслойное разрушение однонаправленного композита. Хотя нагружение осуществляется в плоскости образца, разрушение происходит путем распространения трещины между волокнами, т. е. представляет собой межслойное разрушение, затрагивающее в основном матрицу [56]. Изменяя угол ориентации трещины относительно оси нагружения, можно реализовать разные соотношения между вкладами деформирования типов I и II. Если обозначить через удаленное от надреза осевое напряжение, приложенное к бесконечной среде, то коэффициенты концентрации напряжений и [c.277]

И в завершение еще раз отметим, что исследования в рассматриваемой области вызваны главным образом требованиями технологии современных композитов, в первую очередь графитоэпоксидных. Хотя изложение касалось и более пластичных смол, подобных термопластам, данных о свойствах материалов такого рода довольно мало. Кроме того, при экспериментальном изучении композитов с вязкими матрицами можно столкнуться с трудностями. Например, если матрица композита образована термопластичной смолой, эксперимент на расслоение у кромок еще до начала распространения трещины носит нелинейный характер. В то же время расчетные формулы для обработки экспериментальных результатов основаны на линейно-упругом подходе. Межслойное разрушение других классов композитов практически не обсуждалось. [c.295]

Разрушение однонаправленных волокнистых, слоистых и слоисто-волокнистых композитов по плоскости раздела слоев наиболее близко по характеру к видам разрушения, которые рассматриваются в механике разрушения. Направление развития трещины в этом случае задано расположением слоев. Поэтому для оценки трещиностойкости композитов при межслойном разрушении часто применяют те же методы испытаний и обработки результатов, что и для обычных конструкционных материалов. Отличие состоит лишь в том, что в расчетах учитывают анизотропию композитов как макроскопически однородных материалов [24]. [c.178]

Диаграмма деформирования композиционных материалов вплоть до разрушения играет крайне важную роль при формулировке микромеханических теорий прочности. Приведем некоторые результаты для типичных композитов. На рис. 4 изображены кривые деформирования однонаправленного углепластика при нагружении в плоскости, а на рис. 5 — при межслойном сдвиге. Соответствующие кривые для боропластика приведены на рис. 6 [c.111]

Межслойное сдвиговое разрушение при испытаниях коротких балок на поперечный изгиб возникает в условиях сложного напряженного состояния [61, 54]. Этот тип разрушения более характерен для элемента конструкции в сложных условиях нагружения, чем для однородно нагруженного однонаправленного композита, подверженного действию одного из напряжений. [c.154]

Разрушение однонаправленного композита при изгибе может произойти от растяжения, сжатия или сдвига. Возможна также комбинация этих разрушений. Экспериментальные данные обнаруживают линейную зависимость прочности при изгибе от объемного содержания волокон (рис. 42) и от межслойной сдвиговой прочности [56]. Используем эти факты для установления критерия изгибной прочности. [c.155]

Первоначально внимание было сосредоточено на высокомодульных волокнах типа I (НМ). Было обнаружено, что композиты на основе таких волокон обладают низкой межслойной сдвиговой прочностью, в некоторых случаях она была равна всего лишь 15 Н/мм . В дальнейшем было установлено, что поверхностная обработка волокон путем их окисления может приводить к сугде-ственному повышению межслойной сдвиговой прочности композитов. Характерная для этого случая величина прочности приведена в табл. II для Графила HM-S (S — surfa e treatment — поверхностная обработка). С использованием волокон типа II можно получить совершенно хрупкие композиты, не обнаруживающие разрушения в виде межслойного сдвига при изгибном испытании по схеме короткой балки. Установлено, что волокна типа III в необработанном состоянии обеспечивают удовлетворительную меж-слойпую сдвиговую прочность. [c.366]

Определение предельных напряжений для слоистых композитов исходит, как правило, из информации о прочностных свойствах однонаправленного слоя. Есть все основания утверждать, что при современном состоянии технологии необходимым условием анализа процесса разрушения слоистого композита является предварительная оценка прочностных свойств однонаправленного композита. В то же время существуют очень убедительные данные, что это, условие не является достаточным. Напряженное состояние однонаправленного слоя определяется действием трех главных напряжений (нормальных в направлении волокон и под углом Эб к ним, касательных в плоскости слоя), а также возникающими в композите напряжениями межслойного сдвига и нормальными напряжениями перпендикулярно плоскости слоев. Рассмотрим коротко соотношения между - прочностными свойствами слоя и свойствами составляющих его компонент. [c.39]

Общий метод построения предельной поверхности для слоистого композита состоит в следующем предполагая совместность деформирования слоев композита при заданном илоском напряженном состоянии, рассчитывают напряжения в плоскости и деформации каждого отдельного слоя. Определенное таким образом наиряженно-деформированное состояние слоя сравнивается с критерием прочности каждого слоя предполагается, что первое разрущение слоя ) вызывает разрушение слоистого композита в целом. В действительности дело обстоит сложнее, поэтому необходимо углублять понимание особенностей поведения слоистого композита при таких уровнях напряжений, когда в соответствии с выбранным критерием в некоторых слоях уже достигнуто предельное состояние. В зависимости от вида напряженного состояния напряжения, соответствующие началу разрушения слоев, могут не совпадать с экспериментально определяемыми предельными напряжениями композита в целом. Как правило, совпадение наблюдается, если первое разрушение слоя происходит по волокну (по достижении предельных напряжений в направлении армирования). В остальных случаях, когда критерий предсказывает для слоя разрушение по связующему (от нормальных напряжений, перпендикулярных направлению армирования, от касательных — межслойных или в плоскости), экспериментально определенные предельные напряжения композита не соответствуют теоретически подсчитанным. Как теория, так и экспериментальные наблюдения указывают, что подобное поведение слоистых композитов объясняется взаимодействиями между различно ориентированными слоями. Меж-слойные эффекты могут наблюдаться как у свободных кромок, так и внутри материала, когда слои разрушаются от растяжения перпендикулярно направлению армирования или от сдвига в плоскости армирования. [c.50]

Подход Петита — Ваддоупса предполагает постоянную податливость композита в пределах каждой ступени нагружения и взаимную независимость различных механизмов разрушения. Тангенциальные модули, используемые при вы-числениях податливостей, зависят только от одной компол ненты деформации, т. е. на величину тангенциального модуля в направлении волокон не влияют деформации в поперечном направлении или сдвиговые деформации и т. д. Рассматриваемый подход ограничивается анализом несущей способности слоистых композитов, симметричных относительно срединной плоскости (Bij = 0), в условиях одноосного или пропорционального двухосного нагружения в плоскости армирования. Поскольку в основу подхода положена классическая теория слоистых сред, межслойные взаимодействия не учитываются. Как и в предыдущем методе, для слоистых композитов с одинаковой схемой армирования в плоскости, но разным расположением слоев по высоте предсказываются идентичные предельные кривые и диаграммы деформирования. В действительности разное расположение слоев по высоте композита может внести значительные изменения в величину прочности. [c.151]

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]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...