Анизотропией механических

Следует отметить, что высокий модуль углеродных волокон обусловлен преимущественной ориентацией графитовой структуры, возникающей при деградации исходного полимера. Из-за такой структуры свойства волокон являются сильно анизотропными. Особенно важна анизотропия прочности, модуля и коэффициентов температурного расширения, и она отражается в свойствах композитов, которые оказываются более анизотропными, чем аналогичные композиты на основе стеклянных волокон. Для данного типа волокна прочность и модуль композита при осевом растяжении зависят в первую очередь от объемной доли волокон и лишь в незначительной степени от состава используемой

Таким образом, анизотропия прочности по критерию Гольденблата — Копнова может быть описана только после экспериментального определения шести показателей прочности.

6. Сопротивление сжатию больше в продольном, чем в поперечном направлении. В особенности выражена эта анизотропия прочности у порошков с плоской формой частиц.

Анизотропия прочности ВКМ обусловливает разнообразие возможных механизмов разрушения в вершине трещины, перпендикулярной армированию, — распространение трещины может происходить не только в направлении, нормальном приложенной нагрузке. Объяснение этому феномену было получено при анализе поля напряжений, возникающего около эллиптического отверстия с полуосями а и b при растяжении в направлении малой полуоси b [26]. Напряжения аи, перпендикулярные плоскости трещины, достигают максимального значения непосредственно в вершине трещины, тогда как максимум <т22 находится на некотором расстоянии от вершины, на линии продолжения большой полуоси. Для изотропного материала отношение CJ22max / ai!max ПРИ УМСНЬШСНИИ Ь/ а СТрСМИТСЯ К ПОСТОЯННОЙ ВС-

Главные преимущества композиционных материалов с титановой матрицей над аналогичными материалами, в которых применяется пластиковая или алюминиевая матрица, были обсуждены в данной главе выше. Можно привести следующие преимущества: более высокая температура эксплуатации; более высокая внеосе-вая прочность без поперечной укладки волокон; высокое сопротивление эрозии и случайным повреждениям; более эффективное использование армирующего материала вследствие уменьшения необходимости в поперечной укладке; пониженные производственные затраты благодаря применению однонаправленных композиционных материалов; уменьшенные остаточные напряжения в результате лучшего согласования коэффициентов термического расширения и меньшая анизотропия прочности и модуля, особенно в однонаправленных композиционных материалах.

где F и М обозначают волокно и матрицу, а V — объемное содержание. Точность этого уравнения видна из данных, приведенных на рис. 12 для борсик — алюминия. Поперечный модуль упругости не может быть выражен так просто, тем не менее хорошее совпадение между теоретическими и экспериментальными данными были получены Адамсом и Донером [3], Ченом и Ли-ном [17], Прево и Крейдером [70]. Результаты этих работ показаны на рис. 12. Анизотропия модуля упругости не очень велика (не так велика, как анизотропия прочности) и для наиболее часто применяемого композиционного материала, содержащего 50 об. % волокна, отношение продольного модуля упругости к поперечному равно примерно 3:2, по сравнению со значительно большими отношениями, присущими композиционным материалам с органической матрицей. Примечательно, что удельные значения модулей упругости композиционного материала с 50 об.% борного волокна в алюминиевой матрице в продольном и поперечном направлениях примерно на 300 и 200% выше значений удельных модулей большинства существующих конструкционных металлических сплавов.

•случаях прочность при растяжении в поперечном направлении материала, содержащего 50 об.% волокна, составляет всего 10— 15% от прочности материала в продольном направлении, в то время ;как модуль упругости в поперечном направлении равен ^60% от модуля упругости в продольном направлении. Сильная анизотропия прочности является главной причиной применения композиционных материалов с разнонаправленным упрочнителем. Свойства композиционного материала в поперечном направлении чувствительны как к свойствам матрицы, так и к свойствам волокна.

получены были только данные для at и о^. Иначе говоря, здесь древесина рассматривается как транстропный (поперечно изотропный) материал. Из рис. 3.18 видно, что анизотропия предела прочности при растяжении древесины березы до и после модификации примерно одинакова. Р На рис. 3.19 показан график анизотропии предела прочности древесины сосны при ударном сжатии, показы-

вающии, что не только прочность, но и анизотропия прочности при действии ударных нагрузок увеличивается. Кривые построены по формуле (3.16). Испытания проводились при скорости удара 4 м/с на копре ПСВО-1000 с максимальным запасом работы 49 Дж.

их среднеквадратические отклонения Sx, средние ошибки т, коэффициенты изменчивости V и показатели точности р, вычисленные по результатам испытания п образцов. На рис. 3.27 и 3.28 заштрихована область фактического рассеяния результатов испытаний; точками показаны средние значения пределов прочности; кривые построены по тензориальной формуле. Анизотропия прочности при сжатии выражена для фанеры значительно менее сильно, чем при растяжении.

(сорт В) по исследованиям М. С. Тадфи, а в табл. 3.10 — по данным МИСИ [2, гл. 1 ]. Для фанеры марки ФСФ анизотропия прочности при сжатии выражена несколько сильнее. В работе М. С. Тадфи исследована также величина сопротивления фанеры двухосному равному сжатию (R^t) и чистому сдвигу (т„, Тв(45) и те'*"), приведенная в табл. 3.11.

слоев с развитой анизотропией механических свойств. Сопротивление материала усталостному износу определяется энергией, необходимой для зарождения трещин, и скоростью их распространения. Положительное влияние ионно-лучевой модификации на прочность в условиях малоцикловой усталости связано с появлением радиационных дефектов, улучшающих гомогенность деформации (измельчение полос скольжения), и со снижением энергии дефектов упаковки [80]. При многоцикловой усталости большое значение имеют формирующиеся вследствие ионной имплантации остаточные сжимающие напряжения.

В общем случае под анизотропией акустических свойств металла понимают изменение скорости распространения и коэффициента затухания в зависимости от кристаллографического направления. Она обусловлена анизотропией механических свойств (модуля упругости, пределов прочности и пластичности и др.). Рассмотрим Кристаллиты

нители. Пластики на основе стекловолокнистых наполнителей характеризуются более высокой стойкостью к действию воды и влаги атмосферы, что выгодно отличает их от гетинакса, текстолита, древеснослоистых пластиков (рис. 1). Физические и диэлектрические свойства слоистыУпластиков зависят в основном от типа используемого полимерного связующего. ВлаД^даря слоистому расположению армирующего наполнителя слоистые пластики ^^адают анизотропией механических, физических и диэлектрических свойствен плобкйсти материала или изделия и перпендикулярно сечению материала. /•$ •' \ > \ •&

Эти стали обладают большой анизотропией механических свойств, склонны к хрупкому разрушению, имеют пониженный предел выносливости. Поэтому сернистые автоматные стали применяют лишь для изготовления неответственных изделий — преимущественно нормалей или метизов. В настоящее время разработан ряд новых сталей повышенной обрабатываемости, легированных порознь или совместно Pb, Se, Те, Са, образующими металлические и неметаллические включения свинца, оксисульфидов, силикатов и других оксидов определенного состава, морфологии и дисперсности. Эти включения создают в очаге резания как бы внутреннее смазывание — тончайший слой (для свинца — 0,22 нм)', препятствующий схватыванию инструмента с материалом обрабатываемой детали, что и облегчает образование и отделение стружки.

Напряженное состояние тела или элемента конструкции под действием нагрузки в большинстве случаев характеризуется несколькими компонентами напряжений, отличающихся по величине и направлению. Поэтому использование материала, не обладающего выраженной анизотропией механических свойств, не дает возможности эффективно реализовать прочностные свойства материала. Понятие эффективности можно выразить следующей формулой:

ряжений внутри тела могут изменяться различным образом, в изотропном материале, механические свойства которого одинаковы во всех направлениях, невозможно достичь эффективности реализации прочности материала, равной единице. Однако если использовать материал с заданной анизотропией механических свойств, отвечающей распределению напряжений, то можно приблизиться к максимальной эффективности реализации прочности материала. Для придания материалу такой анизотропии, при его армировании волокнами можно изменять содержание и направление ориентации волокон. Изменяя прочнос-ть армированных волокнами материалов в соответствии с условиями их эксплуатации, можно получать элементы конструкций и изделия, в которых реализация прочности материалов будет оптимальной.

Представим себе, что из различных участков одного и того же материала вырезаны произвольно ориентированные образцы. Если такие образцы при испытании будут характеризоваться различными деформационно-прочностными свойствами, то материал обладает анизотропией механических свойств. И наоборот, если все образцы при испытании характеризуются одними и теми же свойствами, то такой материал называют изотропным. Другими словами, под изотропностью понимают неизменность механических свойств материала по отношению к параллельному переносу системы координат, ее вращению или зеркальному отображению. Если из блочного материала вырезать образцы только лишь в одном направлении и провести их испытания на растяжение и сжатие, то из различия полученных экспериментальных значений нельзя сделать вывод о том, обладает материал анизотропией механических свойств или он изотропен. Как следует из определения изотропности механических свойств, материал изотропен только при соблюдении указанных выше условий. Все материалы, которые не удовлетворяют условиям изотропности, анизотропны.

Напряженное состояние тела или элемента конструкции под действием нагрузки в большинстве случаев характеризуется несколькими компонентами напряжений, отличающихся по величине и направлению. Поэтому использование материала, не обладающего выраженной анизотропией механических свойств, не дает возможности эффективно реализовать прочностные свойства материала. Понятие эффективности можно выразить следующей формулой:

ряжений внутри тела могут изменяться различным образом, в изотропном материале, механические свойства которого одинаковы во всех направлениях, невозможно достичь эффективности реализации прочности материала, равной единице. Однако если использовать материал с заданной анизотропией механических свойств, отвечающей распределению напряжений, то можно приблизиться к максимальной эффективности реализации прочности материала. Для придания материалу такой анизотропии, при его армировании волокнами можно изменять содержание и направление ориентации волокон. Изменяя прочность армированных волокнами материалов в соответствии с условиями их эксплуатации, можно получать элементы конструкций и изделия, в которых реализация прочности материалов будет оптимальной.

Представим себе, что из различных участков одного и того же материала вырезаны произвольно ориентированные образцы. Если такие образцы при испытании будут характеризоваться различными деформационно-прочностными свойствами, то материал обладает анизотропией механических свойств. И наоборот, если все образцы при испытании характеризуются одними и теми же свойствами, то такой материал называют изотропным. Другими словами, под изотропностью понимают неизменность механических свойств материала по отношению к параллельному переносу системы координат, ее вращению или зеркальному отображению. Если из блочного материала вырезать образцы только лишь в одном направлении и провести их испытания на растяжение и сжатие, то из различия полученных экспериментальных значений нельзя сделать вывод о том, обладает материал анизотропией механических свойств или он изотропен. Как следует из определения изотропности механических свойств, материал изотропен только при соблюдении указанных выше условий. Все материалы, которые не удовлетворяют условиям изотропности, анизотропны.

Пластмассы с волокнистыми наполнителями — волокнистые композиционные материалы — обладают анизотропией механических свойств. Степень анизотропности определяется длиной волокон и распределением наполнителя. Различают следующие их виды: волокниты, асбо-волокниты и стекловолокнами. В качестве связующего используют фенолформальдегидные смолы, а наполнителем являются очесы хлопка, волокна асбеста и стекловолокно. Волокнистые пластмассы отличаются повышенными теплостойкостью (до 280 °С) и ударной вязкостью (25...150 кДж/м2). Их применяют для изготовления фланцев, шкивов, втулок. Из стекловолокнитов изготавливают детадр с резьбой и электромеханические силовые элементы.