Поперечное нагружение

В поперечно нагруженных композитах важную роль играет коэффициент концентрации деформаций. Этот коэффициент определяется как отношение максимальной радиальной деформации на границе раздела к средней деформации модели композита [c.511]

Чтобы вычислить коэффициент концентрации напряжений в моделируемом композите, армированном волокнами бора, в формулу (26) нужно подставить модуль Ес композита. В данном случае различие между величинами этого модуля для модели и для натуры мало в интервале значений объемной доли волокон от 0,50 до 0,70 оно составляет менее 10%. Коэффициент концентрации деформаций в этом же интервале меняется приблизительно от 4 до 12. Этот факт показывает, что основным критерием прочности в случае поперечного нагружения является максимальная деформация матрицы. [c.516]

Однако при продольном нагружении напряжения на поверхности раздела меньше, чем при поперечном нагружении (рассматриваемом в разд. II, Б). Значит, прочность композита при продольном нагружении должна быть относительно нечувствительна к прочности связи на поверхности раздела (если связь достаточно прочна, чтобы передавать нагрузку от матрицы к волокнам). Это, как правило, и наблюдается, если не вмешиваются другие факторы [53]. [c.55]

Адамс [1] и Райт [55] изучали влияние пластического течения матрицы на -поведение композита при поперечном нагружении. На рис. 10 величина напряжений на поверхности раздела соответствует случаю, когда приложенная к композиту нагрузка в 2,9 раза превышает нагрузку, при которой начинается пластическое течение в матрице (для алюминиевой матрицы в состоянии деформационного упрочнения напряжение начала пластического течения составляет 380 кГ/ом ). В таких условиях пластическое течение охватывает почти весь объем матрицы, и область поверхности раздела в интервале углов О—80° оказывается в определенной мере пластически деформированной. Несмотря на это, рас- [c.57]

Рис. 9. Максимальный коэффициент концентрации нормальных напряжений на поверхности раздела при поперечном нагружении композита в упругой области. Квадратное расположение волокон 0 ц/ = 120 [21], / =20 [21], X EJE =2Q [2], ф Е /Е — д [21 гексагональное расположение волокон А / =20 [21 Г.

Случай поперечного нагружения композита А1 — 50% В. - упругая область —-- пла- [c.58]

Рис. 11. Отрыв матрицы от волокон при поперечном нагружении композита Ni—АЬОз [43].

Далее, в условиях поперечного нагружения композитов максимальные напряжения на поверхности раздела являются величинами того же порядка, что и приложенная нагрузка, тогда как в случае продольного нагружения они несколько меньше приложенной нагрузки. Строго говоря, величина напряжений на поверхности раздела слабо зависит от расположения и объемной доли волокон и от состава компонентов композита (рис. 9). Если объемная доля волокон ниже 50%, то она практически не влияет на коэффициент концентрации напряжений. [c.59]

Случай отсутствия связи между волокнами и матрицей исследовали Чен и Лин [12]. Они показали, что с увеличением объемной доли волокон прочность композита при поперечном нагружении быстро падает и что на большей части поверхности раздела матрица отрывается от волокна (рис. И).. Аналогичные явления наблюдались в системе со слабой связью сапфир — никель [43], а также в системе нержавеющая сталь — алюминий [39] они хорошо согласуются с расчетным значением степени разупрочнения. Возможно, что это согласие в известной мере случайно в модели Чена и Лина не учитывалось влияние пластического те- [c.59]

Тем не менее, исследования поперечного нагружения волокнистых композитов явно свидетельствуют о том, что в таких условиях прочность связи на поверхности раздела должна в большей степени определять прочность композита, чем в условиях осевого нагружения. То, что в некоторых композитах А1 — В и Ti — В слой интерметаллида на поверхности раздела е влияет на прочность, возможно, объясняется разрушением композита вследствие рас-щ,епления волокон. Такое расщепление практически сводит на нет роль поверхности раздела при поперечном нагружении, так как волокна не могут нести поперечной нагрузки, даже если поверхность раздела и передает ее. [c.60]

Верхнее и нижнее предельные значения прочности оценивали с помощью различных методов. Если прочность при поперечном нагружении максимальна (верхнее предельное значение), то поверхность раздела должна быть достаточно прочной и не разрушаться раньше матрицы, а если прочность минимальна (нижнее [c.191]

Метод конечных элементов применял и Адамс [1] он использовал метод модуля сдвига для определения напряженного состояния композита при поперечном растяжении. Рассматривались напряжения, отвечающие интервалу от предела упругости до разрушения одной из составляющих композита, при квадратном и прямоугольном расположениях волокон предполагалось, что разрушение матрицы происходит тогда, когда напряжения в композите достигают предела прочности материала матрицы. По оценке Адамса, в композите А1—34% В с прямоугольным расположением волокон первой должна разрушаться матрица на участках минимального расстояния между волокнами. Разрушение по расчету должно происходить при поперечном нагружении композита напряжением 17,2 кГ/мм (что много меньше предела прочности материала матрицы, составляющего более 23,1 кГ/мм ). Однако в эксперименте композит разрушался путем расщепления волокон. Предсказать такой характер разрушения не представлялось возможным, так как, хотя напряжения на поверхности раздела и в волокнах были рассчитаны, прочность этих элементов при поперечном растяжении неизвестна. Автор совершенствует эту модель с целью описать процессы распространения трещины и полного разрушения композита. Вообще говоря, если известны механические свойства поверхности раздела матрицы и волокон, эта модель позволяет предсказать как разрушение по поверхности раздела, так и другие типы разрушения. [c.193]

Согласно определению Купера и Келли, прочность поверхности раздела at — это величина растягивающих напряжений, которые необходимы для отделения волокна от матрицы при поперечном нагружении. Однако для широко распространенного типа разрушения путем расщепления волокон (ав<иг) данное определение следует обобщить так, чтобы оно распространялось и на величину Ов, т. е. на напряжения, при которых происходит расщепление волокон. [c.196]

В гл. 2 указывалось, что в условиях поперечного нагружения растягивающие напряжения на поверхности раздела будут, во- [c.196]

Коэффициенты концентрации деформаций в матрице при поперечном нагружении и сдвиге определяются выражениями [c.150]

Рис. 1г, Совместное влияние поперечного нагружения (соответствующего средней деформации композита 0,3%) и температурной усадки (при снижении температуры на 60 °С) для стеклопластика с полиэфирной матрицей и объемным содержанием волокон 65% [4].

Щеглов Б. А. Распространение пластических волн в гибкой металлической полосе при поперечном нагружении.— В кн. Расчеты процессов пластического течения металлов. М. Наука, 1973, с. 62—70. [c.260]

В качестве альтернативного объяснения рассмотренных результатов можно предположить, что наблюдаемый эффект связан не с кристаллографической текстурой, как в случае со сплавом железа [58], а с механической текстурой, т. е. с волокнистостью. Накопление водорода на границах зерен или выделений должно облегчать растрескивание [62], а при поперечном нагружении большие площади таких границ оказываются под действием нормальных напряжений. Этот вопрос будет рассмотрен более подробно при обсуждении алюминиевых сплавов, а здесь отметим, что имеются данные [63], подтверждающие такую альтернативную интерпретацию. [c.65]

Для монослоев с анизотропными волокнами (углеродные, органические) изложенная методика является весьма приближенной. Напряженное состояние компонентов угле- и органопластиков при поперечном нагружении изменяется во времени. Так, например, в углепластике максимальное значение напряжения в полимерном связующем в процессе ползучести может увеличиться на 30 %. [c.291]

Задача прогнозирования поперечной ползучести монослоя с учетом переменного во времени объемного напряженного состояния компонентов решена в работе [2]. В этом случае полагается, что напряжения не изменяются лишь в некотором фиксированном сечении повторяющегося элемента расчетной модели монослоя. Кривая ползучести при поперечном нагружении для пластиков с анизотропными волокнами [c.291]

В случае регулярного распределения волокон определение напряженно-деформированного состояния структурных элементов монослоя при поперечном нагружении сводится к решению плоской краевой задачи для двухфазной двояко-периодической среды. Решение такой задачи позволяет установить поле напряжений в любой точке полимерного связующего по зависимостям следующего вида [19] [c.292]

При продольном и поперечном нагружении диаграмма деформирования однонаправленного композиционного материала с достаточной степенью точности может быть принята линейной до разрушения. [c.72]

Эти исследования можно было бы использовать также для определения таких комбинап ий компонентов композита, при которых получались бы заранее заданные его характеристики. В качестве таких характеристик можно было бы выбрать, например, максимальную прочность, большие деформации при разрыве или хорошие деформационные характеристики при двухосном поперечном нагружении. Сравнительно не исследованной областью является проблема выбора оптимальных кривых одноосного растяжения материалов волокна и матрицы для получения композита с заранее заданными свойствами. Этот тип информации был бы очень полезен тем из исследователей, которые занимаются созданием новых видов матрицы и включений. [c.237]

Напряжения в поперечной плоскости матрицы однонаправленного композита возникают по многим причинам (1) усадка матрицы при отверждении, (2) изменения температур и возникающие при этом различные тепловые расширения матрицы и включений, (3) осевое нагружение и возникающие при этом неравные поперечные деформации матрицы и включений, (4) поперечное нагружение. Первые три вида напряжений одинаковы по своей природе, поскольку они вызываются однородной поперечной деформацией, различной в матрице и во включениях. Для изучения распределений таких напряжений обычно изготавливается двумерная фотоупругая модель поперечного сечения [c.500]

Можно ожидать, что разрушение по поверхности раздела легче происходит при определенных условиях нагружения. Обычно механические испытания композитов начинают с продольного растяжения, но такие условия испытания могут не быть наиболее чувствительными к свойствам поверхности раздела. Под действием продольных напряжений передача нагрузок между волокном и матрицей может осуществляться на больших длинах, и поэтому напряжения сдвига на поверхности раздела могут быть невелики. С другой стороны, поперечное нагружение неблагоприятно для передачи нагрузки по длине волокна, и условия нагружения поверхности раздела в этом случае могут быть более жесткими. Приложение к композиту внеосных напряжений может создать еще более жесткое напряженное состояние на поверхности разде--ла оно зависит от относительной прочности поверхности раздела [c.24]

Применительно к условиям, существующим на поверхности раздела, можно оценить величину двух механических характеристик, изученных достаточно детально. Этим характеристикам, а именно, пределам прочности при продольном и поперечном нагружении, посвящены гл. 4 и 5. Для системы псевдопервого класса алюминиевый сплав 6061 — бор показано, что прочность как при продольном, так и при поперечном растяжении достигает максимума тогда, когда начинается разрушение псевдостабильной поверхности раздела. Через исходную поверхность раздела прорастают многочисленные, изолированные друг от друга иглы ди- [c.25]

Механическая связь реализуется в отсутствие какого бы то ни было химического механизма — даже сил Ван-дер-Ваальса — и сводится к механическому сцеплению. Однако отсутствие химической связи существенно снижает прочность композита при поперечном нагружении поэтому в технологии изготовления компози тов механическую связь не считают полезной. Связь путем смачивания и растворения имеет место в композитах, где упрочнитель, не являющийся окислом, смачивается или растворяется матрицей, но не образует с ней соединений. Окисная связь может возникать при смачивании, а также при образовании промежуточных соединений на поверхности раздела. Как правило, металлы, окислы которых обладают малой свободной энергией образования, слабо связываются с окисью алюминия. Однако следы кислорода иль активных элементов усиливают эту связь путем образования промежуточных зон в обоих случаях связь относится к окисному типу. Кроме того, согласно общей классификации, к окисному типу относится связь между окисными пленками матрицы и волокна. [c.35]

Реакция между матрицей и волокном может происходить либо на поверхности раздела матрица — продукт реакции, либо на поверхности раздела волокно — продукт реакции. В первом случае через образующееся соединение могут диффундировать атомы материала волокна, во втором — атомы материала матрицы. В некоторых случаях протекают оба эти процесса. Блэкбёрн с сотр. [6] и другие авторы показали, что реакция между титаном и бором идет по первому механизму. Уход атомов бора из волокон приводит к образованию пор в центре волокна, вокруг вольфрамовой сердцевины (рис. 7). Некоторые поры могут возникать на поверхности раздела волокно — продукт реакции, но причина их образования здесь, как полагают, иная. Действительно, образование дибор ида титана сопровождается уменьшением объема на 20%, и это обстоятельство может явиться причиной образования пор на внутренней границе межфазной прослойки. Каков бы ни был механизм возникновения пористости, нестабильность поверхности раздела приводит к разупрочнению композита. Так, в зависимости от характера реакции разрушение композита при поперечном нагружении может пройти либо по матрице, либо по поверхности раздела (гл. 5). [c.95]

Здесь a= ilat, =ailr, где r — прочность композита в условиях поперечного нагружения, а т —прочность композита при сдвиге в [c.189]

Влияние поверхностей раздела на прочность композита при внеосном нагружении пытались оценить лишь для случая поперечной ориентации (0=90°). Хотя этот случай и является простейшим, существующие теории еще не в состоянии учесть всю сложность реальных условий деформации и являются приближенными. Тем не менее важным шагом в решении проблемы оказывается оценка верхнего и нижнего предельных значений прочности при поперечном нагружении, которые, вероятно, могут быть распространены и на случаи нагружения под другими углами. Конечно, оценка верхнего предельного значения прочности основана на представлениях о прочной поверхности раздела. Однако мы обсудим здесь этот вопрос, поскольку верхнее и нижнее предельные значения рассматриваются совместно и поскольку данный вопрос является отправной точкой для дальнейшего развития теорий слабых поверхностей раздела. [c.191]

Зависимость прочности при растяжении от угла нагружения для композита Ti75A — 25% В приведена на рис. 19. Прочность композита при растяжении снижается от 100 кГ/мм (продольное нагружение) до примерно 42 кГ/мм (поперечное нагружение). С увеличением угла нагружения прочность снил<ается очень плавно, тан как ма трица довольно прочна (70 кГ/мм ). [c.211]

В композите нержавеющая сталь — алюминий связь между матрицей и упрочнителем непосредственно после диффузионной сварки обычно бывает механического типа значит, поперечное нагружение приводит к ее разрушению. Герберих [12], считая модель пластичной полоски Райса [39] реалистичной, предложил принимать за высоту полоски h расстояние между рядами волокон,, обозначенное на рис. 19 как X —d. Поскольку [c.289]

Нихром— окись алюмнняя, прочность при поперечном нагружении 227 [c.431]

Рис. 12. Микрофотографии поверхности разрушения эпоксидных углепластиков, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа [17]. а — при продольном нагружении композита, армированного волокнами ТКогпе1-50 б — при поперечном нагружении того же композита в — при продольном нагружении композита с высокой прочностью на растяжение г — при поперечном нагружении того же композита [17].

Рис. 30. Коэффициенты концентрации напряжений при поперечном нагружении (Ef22 > таг)

Задача определения поперечной ползучести монослоя сводится к решению системы линейных алгебраических уравнений совместно с уравнениями деформирования компонент. Полагаем, что волокна являются тpaн вep aJTЬнo-изотропньши и упругими, а полимерное связующее деформируется согласно зависимости (5-1.48). В итоге получаем зависимости для определения напряжений в волокнах и полимерном связующем в любой момент времени. Оказывается, что полимерное связующее находится в неоднородном трехосном напряженном состоянии. В случае монослоев с борными или стеклянными волокнами это напряженное состояние практически не меняется во время нагружения. Деформахгии ползучести монослоя при поперечном нагружении определяются зависимостью [c.291]

Рис. 5.1.8. Схема ориентации компонент напряжений в по.тимерном связующем при поперечном нагружении

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...