Нагружение под углом к направлению армирования

Особенности поведения волокнистых композитов при сжатии в последние годы вызывают пристальное внимание [2, 13, 23, 42, 55, 96, 98, 143, 205]. Основные результаты получены для стеклопластиков. По суш,еству глубокое изучение сжатия материалов, особенно армированных высокомодульными борными и углеродными волокнами, работаюш,их в толстостенных конструкциях, со сложными схемами армирования, нагруженных под углом к направлению армирования, только начинается. [c.97]

Исследователей вынуждены принимать определенные предосторожности при выборе формы образца, чтобы избежать сдвигового разрушения под действием осевого нагружения. Не доложены результаты испытаний при сложном напряженном состоянии (например, при растяжении под углом к направлению армирования). [c.392]

Характер кривых деформирования композиционных материалов, образованных системой двух нитей, как и слоистых материалов, определяется в основном расположением волокон и направлением нагрузки относительно главных осей материала. Существенную роль играет и степень искривления армирующих волокон. О влиянии угла нагружения на изменение характера диаграмм деформирования композиционных материалов свидетельствуют данные, представленные на рис. 4.4. На рисунке приведены типичные кривые деформирования при растяжении и сжатии в направлениях армирования и под углом к ним мате- [c.99]

Для ортогонально-армированного пластика, нагруженного под углом ао к направлениям армирования (рис. 1.13,в), напряжения также определяются по формулам (1.64) — (1.66) с учетом того, что аь=аа+90°. [c.34]

Пример № 3.5. Построить кривую ползучести однонаправленно-арми-рованного фенолоформальдегидного стеклопластика при осевом нагружении под углом а = 30 к направлению армирования. Исходные данные те же, что и в примерах № 3.3 и 3.4. [c.108]

Таким образом, кривая ползучести ортогонально-армированного пластика при осевом нагружении под углом 45° к направлению армирования определяется функциональной зависимостью [c.112]

Необходимо подчеркнуть, что точность упругого приближения зависит от направления нагружения относительно главных осей симметрии композита. При нагружении в направлениях армирования волокнистые композиты с высокой точностью (многие вплоть до разрушения) следуют закону Гука. Если нагрузка действует под углом к арматуре или перпендикулярно плоскости армирования, зависимость а — е становится существенно нелинейной. Начальные участки этой зависимости можно линеаризировать с достаточной для практики точностью. [c.13]

На рис. 4.5 и 4.6 приведены S - Л -диаграммы усталостного испытания при трехточечном изгибе. Как видно из рисунков, при большом числе циклов нагружения снижение усталостной прочности проявляется сильнее у образцов, содержащих волокна, ориентированные под углом 45° к направлению приложения нагрузки, чем в случае, когда направления армирования и приложения нагрузки совпадают. На рис. 4.7 показана S - Л -диаграмма при усталостном испытании на кручение. Величина кру- [c.150]

Свойства в поперечном направлении и напряжения сдвига для композиционных материалов, армированных волокнами, значительно менее чувствительны к поведению матрицы, чем свойства в продольном направлении. Для композиционных материалов с пластичной металлической матрицей, армированной высокопрочными хрупкими волокнами, текучесть и пластическое течение матрицы являются основными свойствами, определяющими поведение композиции. Однако волокна вызывают значительное повышение модуля упругости композиционного материала, обычно в 2 раза для композиции бор — алюминий (50 об. % волокон бора, расположенных под углом 90° к оси армирования). Примерно так же увеличивается модуль сдвига. Поведение композиций с металлической матрицей, нагруженных в направлении, не соответствующем направлению армирования, рассмотрено в разделе IV, В. [c.25]

Приведенные соотношения дают возможность определить упругие характеристики тканевого пластика, армированного тканью, при нагружении в направлениях основы или утка. Если нагрузка приложена под углом а к этим направлениям, упругие характеристики Ех, Vxy и Gxy определяются по формулам [c.62]

Из чисто механических соображений вытекает, что бетон, в котором напряженная стальная арматура сообщает ему сжимающие напряжения, обладает явными преимуществами. Этот так называемый предварительно напряженный бетон получил известность, например, в строительстве резервуаров, в производстве труб. Такой метод следовало бы далее подразделять на способ предварительного нагружения и способ последующего нагружения в соответствии с тем, приложены ли напряжения к стали до или после схватывания бетона. Существуют два метода передачи напряжения от стали к бетону, которые приводят к сжатию последнего. При использовании способа последующего нагружения к сконструированным соответствующим образом опорным плитам под прямым углом присоединяется проволока при создании в проволоке Напряжений бетон фактически становится сжатым. Обычно проволока проходит через каналы в бетоне и пространство между обоими материалами затем заполняется цементным раствором, в дальнейшем между проволокой и раствором возникают напряжения. При использовании способа предварительного напряжения передача напряжений зависит, по крайней мере частично, от степени шероховатости стальной поверхности. Испытания Копенгагена показали, что механическая связь в случае использования гладкой поверхности менее удовлетворительна, чем в случае ржавой поверхности, она даже еще хуже в случае использования поверхности с окалиной. Некоторые спецификации запрещают использовать сталь с ржавчиной или пленкой окалины для армирования, однако имеются сомнения, что такие предписания всегда соблюдались, тем более образования ржавчины нельзя избежать в условиях сборки понятно, что некоторые инженеры поощряют применение ржавой поверхности после удаления рыхлой ржавчины, что улучшает связь. Но это мероприятие, каковы ни были бы его механические преимущества, вводит опасность химического разрушения. Однако связь не зависит единственно от шероховатости поверхности. По мере того как напряжения в стали ослабляются и длина проволоки уменьшается, а диаметр слегка возрастает, сжимающие напряжения в радиальном направлении будут улучшать связь. Образование свежей ржавчины должно, по-видимому, также улучшать связь благодаря увеличению объема, однако это не является здравым способом получения передающихся напряжений. [c.278]

Нагружение под углом к направлениям армирования. Упругие характеристики трехмерноармированных композиционных материалов, так же как и материалов, образованных системой двух нитей, при нагружении под углом.к направлениям армирования могут быть рассчитаны по свойствам исходных компонентов или по опытным данным, полученным для главных направлений упругой симметрии (см. 4.12). Зависимость упругих констант рассматриваемого класса материалов от угла вырезки образца и оценка возможности использования существующих зависимостей теории упругости ортотропного тела для описания упругих характеристик под углом к главным направлениям получены на материалах, изготовлен- [c.153]

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]

Диаграммы деформирования при растяжении однонаправленных и ортогонально-армированных угле - и боро-пластиков, в отличие от стеклопластиков с такой же укладкой арматуры, не имеют перелома [20], что свидетельствует о сохранении сплошности материалов вплоть до разрушения [51]. При нагружении под углом к направлению укладки арматуры эти материалы ведут себя упруго в диапазоне напряжений, не превышающих [c.7]

Представлена краткая история и обаор модифицированной механики раз рушения Гриффитса — Ирвина. Подчеркнуто значение коэффициента интенсивности напряжений и скорости высвобождения энергии деформирования в механике разрушения изотропных и анизотропных материалов. Кратко изложена эмпирическая трактовка процесса усталостного роста трещины в изотропной среде. Затем перечислены противоречия между основными предпосылками классической теории разрушения и особенностями протекания процесса разрушения в многофазных слоистых материалах. Тем самым показана необходимость некоторого смягчения исходных предпосылок теории разрушения, которое позволило бы создать практически применимые подходы для решения задач разрушения композитов. Очень кратко, вследствие неприменимости непосредственно к решению инженерных задач, изложены основные результаты, полученные при помощи методов микромеханики, позволяющих исследовать процессы взаимодействия между трещиной, волокном и связующим в бесконечной среде. Далее огшсаны основные концепции современных макромеханических подходов для описания процесса разрушения композитов. Отмечено, что все подходы, расчеты по которым находятся в соответствии с экспериментальными данными, исключают из рассмотрения нелинейную зону или зону разрушения у кончика трещины. Более сложные теории (с учетом критического объема, плотности энергии деформирования) наилучшим образом согласуются с экспериментами на однонаправленно армированных композитах, когда трещины распространяются параллельно волокнам. Эти теории также хорошо описывают нагружение слоистых композитов под углом к направлению армирования, когда преобладающее влияние на процесс разрушения оказывает растрескивание полимерной матрицы. Расчеты по двум приближенным теориям (гипотетической трещины и критического расстояния) и комбинированному методу (модель тонкой пластической зоны) сравниваются с данными, полученными при испытании слоистых композитов с симметричной схемой армирования [ 6°]s. Приведены данные о хорошем соответствии степенной аппроксимации, применяемой для описания скорости роста трещины, результатам испытаний на усталость слоистых композитов с концентраторами напряжений. [c.221]

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]

Принципы, положенные в основу модели [2], распространены Цвебеном [39] для анализа поведения слоистых композитов типа [07 0°]s с надрезом. Рассматривается только напряженное состояние в слоях, ориентированных в направлении нагружения, как воспринимающих наибольшие напряжения. Важной особенностью модели [39] является возможность оценки влияния на поведение композита слоев, ориентированных под углом к направлению нагружения (90° или 0°) и стесняющих деформации сдвига в плоскости слоя, ориентированного в направлении нагружения. В модели сдвигового анализа фигурируют два напряжения — напряжение в волокнах в направлении нагружения и касательное напряжение в матрице в плоскости армирования. Предполагалось, что слои, ориентированные под углом к направлению нагружения, приводят к появлению еще одной плоскости сдвига. [c.60]

Характерным примером в этом отноптении является растяжение под углом к направлению укладки арматуры при этом часто допускаются ошибки в выборе размеров образцов и техники эксперимента. Относительно высокая податливость высокомодульных, и особенно высокопрочных, армированных пластиков перпендикулярно направлению укладки арматуры может создать большие трудности при креплении образцов в зажимах испытательных машин. Следует учесть также, что поведение при растяжении материалов, армированных волокнами, качественно отличается от поведения, например, металлов — во время нагружения могут меняться численные значения упругих постоянных материала, и его разрзтпение может начинаться уже при относительно небольших нагрузках. [c.52]

При использовании этого подхода величина 5кр рассчитывается только из сингулярных членов сингулярного поля упругого напряжения в виде уравнений (6.2) — (6.5). Причем описание ограничивается областью, лежащей вне радиуса го вокруг кончика трещины (рис. 6.7). Поскольку в основу подхода положена линейная теория, радиус Го должен быть достаточно большим, чтобы охватить любой нелинейный район около кончика трещины. Было найдено, что средняя величина Го 0,51 мм обеспечивает хорошее соответствие теории [21] экспериментам на слоистом стеклопластике (S ot hply 1002) со схемами армирования [+15°] , [ 30°]s, [ 45°]s, [ 60°]s и [ 75°]s при нагружении в направлении 0° (вдоль оси симметрии). Анализ разрушения однонаправленного стеклопластика этой же марки также не противоречил экспериментам, когда нагружение осуществлялось под углом 6 = = 45° 90° к направлению армирования. В этом случае разрушение определилось в основном трещинообразованием в матрице. [c.237]

Условия прочности (2.3) легко могут быть использованы для исследования зависимости предельного напряжения при одноосном нагружении образцов, вырезанных из однонаправленного материала под углом ф к направлению армирования (рис. 2.4). При этом, как следует из 1.4, напряжения а , аз, Tjj определяются зависимостью [c.42]

Из приведенного примера следует, что при армировании материалов волокнами нельзя ограничиваться только рассмотрением их вклада в повышение прочности какого-либо слоя. Прочность материалов, армированных волокнами, оказывается высокой только при нагружении вдоль, волокон или под небольшим углом к направлению их ориентащ1и. В других же направлениях прочность армированного материала весьма низка (см., например, рис. 5,10). Если использовать такой материал для изготовления изделий, находящихся в сложном напряженном состоянии, то даже небольшие нагрузки могут привести к разрушению материала, когда они приложены вдоль направления, в котором прочность материала мала. В этом случае прочность армирующих волокон не используется в достаточной степени. При армировании волокнами материалов эффект упрочнения наблюдается только в том случае, когда направление главных напряжений совпадает с направлением ориентации волокон при нагружении в других направлениях проявляется не эффект упрочнения, а скорее эффект ослабления материала волокнами. [c.201]

С учетом того, что функции Sn t), Sis t) и See (О описываются формулами (3.45) и таким образом выражаются через функцию D t), деформация ползучести двухнаправленно армированного материала может быть выражена одной экспериментально определенной функцией ползучести полимерного связующего при осевом нагружении. В частном случае, когда а=45°, зависимостью (3.49) определяется ползучесть ортогонально-армированного пластика под углом 45° к направлению армирования. В этом случае [c.111]

При испытаниях однонаправленных материалов стеснение сдвиговых деформаций может возникнуть только вблизи захвата. Стеснение сдвиговых деформаций у материалов, армированных в двух или нескольких направлениях, при нагружении их под углом к осям упругой симметрии, происходит также вследствие взаимодействия [c.77]

Равенства (34) показывают, что прямоугольный параллелепипед, изготовленный из материала с общей анизотропией, при одноосном однородном напряженном состоянии превращается в не-прямаугольный параллелепипед (на рис. 1, а показано тело, для которого плоскость является плоскостью симметрии). В случае изотропного материала прямоугольный параллелепипед остается прямоугольным (рис. 1, б). Эти различия в поведении анизотропных и изотропных материалов при одноосном напряженном состоянии вызывают некоторые трудности при определении механических характеристик композиционных материалов в направлении, не совпадающем с осью симметрии. Образец, обычно используемый при таких испытаниях, представляет собой длинную полоску (отношение длины к ширине равно - 5—10), вырезанную под некоторым углом к оси симметрии из элементарного армированного слоя или слоистого материала. При одноосном нагружении в продольном направлении образец ведет себя как анизотропное тело с плоскостью упругой симметрии, совпадающей с плоскостью образца, т. е. стремится принять в этой плоскости форму параллелограмма. Захваты, в которых закрепляют образец, препятствуют его свободной деформации, сохраняя пер-воннчальное. направление закрепленных кромок. Как показано в работе Пагано и Халпина [45], в плоскости образца при этом возникает изгибающий момент и при деформировании образец принимает 1У-образную форму (рис. 2). [c.24]

Возможное различие в предельных деформациях однонаправленного слоя, нагруженного в продольном (0°) и поперечном (90°) направлениях, вызывает типичную нелинейность диаграмм деформирования материала, армированного под углами 0 и 90° (рис. 10). Растрескивание связующего редко приводит к разрушению материала, однако часто ухудшает усталостные характеристики, сопротивляемость развитию трещин и вызывает другие эффекты, свойственные материалам на эпоксидном связующем. Диаграмма деформирования нелинейна также для материала, армированного под углами 45°. [c.72]

Косоугольный слоистый пластик. Прочность косоугольно-армиро-ванного слоистого пластика так же, как и его упругие характеристики, существенно зависит от схемы ориентации волокон. Прочность однонаправленного слоистого пластика (т. е. при а = 0) можно легко рассчитать, зная прочностные характеристики отдельных слоев пластика. Прочность слоистого пластика, однонаправленные слои которого расположены под углом а к направлению приложения нагрузки, можно вычислить следующим образом. Прежде всего вычисляют компоненты напряжений в отдельных слоях пластика. Затем раскладывают их на составляющие в направлениях вдоль и перпендикулярно волокнам, сопоставляют со значениями прочности однонаправленного армированного пластика для соответствующего слоя и рассчитывают прочность слоистого пластика, напряженное состояние которого в целом задано условиями нагружения. [c.186]

В работах Сара были исследованы также сложноармированные образцы композиционного материала никель-углеродное волокно трех-, пяти- и семислойные образцы с ориентацией монослоев под углами 0,45 и 90° к направлению нагружения при испытаниях. Механические характеристики образцов с любым типом армирования удовлетворительно совпадали с расчетными. Это совпадение указывает на то, что в первом приближении микротрещины и напряжения, возникающие из-за разности температурных коэффициентов линейного расширения монослоев композиционного материала в различных направлениях по отношению к оси армирования, не оказывают существенного влияния на предел прочности и модуль упругости сложноармированного композиционного материала. [c.396]

Если изохронные крийые ползучести подобны во времени, то их удобно использовать для описания сложных процессов деформирования. На рис. 11 приведены изохронные кривые для армированного в двух направлениях стеклопластика при растяжении его под углом 45° к направлению волокон [22]. Поведение этих материалов при произвольном нагружении хорошо описывается интегральными соотношениями типа Вольтерра с использованием дробно-экспоненциальных функций, предложенных Ю. Н. Работновым [14]. [c.191]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...