Измерения продольных

Импульсный метод непригоден для измерения прочности бетона высоких марок, в связи с тем, что корреляционная зависимость скорость—прочность в этом случае выражена слабо.

Прежде всего чрезвычайно трудно осуществить отрыв покрытия одновременно во всех точках площади контакта. Если покрытие и металл находятся в твердом состоянии, то разрыв обычно начинается в точке, где локальное напряжение превышает локальную прочность [6]. Общеизвестно, что даже в случае обычного измерения прочности на разрыв однородных объемных образцов, наличие поверхностных трещин и других дефектов поверхности или структуры приводит к преждевременному разрушению образцов. В еще большей степени это должно иметь место при нарушении контакта между двумя разнородными телами (покрытием и защищаемым металлом).

Применение штифтов с диаметром торцевого сечения 2 мм для измерения прочности соединения структурно-неоднородных покрытий (со значительной слоистостью, пористостью, несплошностью) приводит к большему разбросу результатов. В этом случае определяется лишь локальная (микроадгезионная) прочность покрытий [96].

1. Гладкие образцы и образцы с надрезами. В основе этого способа испытаний лежат методы, разработанные в Forest Products Laboratory для измерения прочности при межслойном сдвиге дерева и фанеры; такие результаты содержатся, например, в работе [210].

Область применения этих испытаний ограничена в основном композитами с полимерной матрицей [8—10]. Отдельное волокно заделывается аксиально в материале матрицы. В зависимости от подлежащей определению характеристики образец может иметь различную форму. Для измерения прочности перпендикулярно поверхности раздела сжимающее усилие прикладывают к образцу с криволинейной шейкой (рис. 21,а). Для определения прочности при сдвиге сжимающее усилие прикладывают к образцу постоянного сечения или к образцу трапециевидного профиля (рис. 21,6).

Прямые измерения прочности связи между кристаллами сапфира и металлами, представляющими интерес в качестве материала матрицы, были выполнены Келоу с сотр. [7, 8]. Образцы были изготовлены из мелких дисков сапфира и порошкового никеля с содержанием кислорода 0,1—0,2% горячим прессованием при различных температурах, временах, давлениях и газовых средах. Наиболее прочной связью обладали образцы, полученные в вакууме. Связь между высокочистым порошковым никелем и сапфиром отсутствовала при всех исследованных условиях прессования. Во всех остальных случаях использована диффузионная сварка в вакууме. Полное спекание никелевого порошка происходит выше 1370 К- Данные параметрических исследований приведены на рис. 18 и 19. В тех случаях, когда электронографически была обнаружена шпинель NiAl2O4, отсутствовала связь между никелем и сапфиром. Этот факт явно противоречит ранним работам, в которых связь между Ni и АЬОз была исследована методом сидячей капли. В образцах с прочной связью не обнаружено продуктов реакции на поверхности раздела. Связь на поверхности раздела также отсутствовала, если при рентгеноструктурных исследованиях наблюдались рефлексы, только напоминавшие отражения от шпинели. Кривые зависимости сдвиговой прочности поверхности раздела от времени прессования были проанализированы с учетом влияния скорости реакции, разупрочнения сапфира, залечивания пористости и релаксации остаточных напряжений. Длительные выдержки при 1373 К мало влияют на прочность связи, однако характер разрушения изменяется от разрушения по поверхности раздела к разрушению по сапфиру из-за его разупрочнения. Измеренные в этой работе величины прочности связи на сдвиг пригодны для оценки упрочнения композитов усами по методу запаздывания сдвига. _____

Существует ряд методов определения напряжений и прочности адгезионного соединения на поверхности раздела в композитах. Эти методы можно разделить на две группы, одна из которых — прямые методы измерения прочности сцепления единичных волокон с матрицей, а другая — косвенные методы измерения адгезионной прочности на поверхности раздела. Методы второй группы можно также рассматривать как .качественный анализ получаемых результатов, однако при правильной трактовке возможно их использование и для количественной оценки.

На рис. 16 показаны образцы, которые используются для непосредственного определения прочности сцепления волокна и смолы при сдвиге и при отрыве по поверхности раздела. Образец для определения прочности сцепления имеет постоянное поперечное сечение, а образец для определения прочности сцепления при отрыве — уменьшенное поперечное сечение. Браутман [ill] использовал эти модели для измерения прочности сцепления в эпоксидных боролластиках. Он обнаружил, что 'прочность сцепления при отрыве составляет примерно 0,66 кгс/мад2, а сдвиговая прочность — около 5,6 иге/мм2, т. е. в 10 раз больше.

Изучалась температурная зависимость прочности композита при межслойном сдвиге. Как видно из рис. 34, межслойная сдвиговая прочность остается почти неизменной в интервале температур от —54 до 82 °С. Когда температура достигает 177 °С, прочность снижается почти до нуля. Следует отметить, что адгезионная связь, судя по результатам измерения прочности при межслойном сдвиге, продольном сжатии и статическом изгибе, не чувствительна к нагреву до температуры, вдвое меньшей, чем температура отверждения композита. При более высокой температуре адгезия на поверхности раздела постепенно ослабевает. Испытания на предел прочности при продольном сжатии и межслойном сдвиге указывают на аналогичное поведение.

Металлографическим анализом не обнаружено существенной разницы в структуре образцов с различными типами излома; качество пропитки во всех трех случаях остается примерно одинаковым. Однако измерения прочности вытравленных волокон показали, что интенсификация процесса пропитки приводит к усилению степени взаимодействия и, следователь но, к снижению прочности армирующих волокон (рис. 38). При взаимодействии с алюминием разупрочнение следует связывать только с локальным поверхностным травлением волокон, так как рентгеноструктурный анализ не выявляет никаких признаков рекристаллизации. Максимальное значение прочности образцов со вторым типом излома объясняется сохранением достаточно высокой прочности волокон с достаточно прочной связью на границе раздела, т. е. оптимальной степенью взаимодействия при формировании композиции. Следует при этом отметить, что прочность на границе раздела, обеспечиваемая за счет реакции образования карбида алюминия, не может быть удовлетворительной, так как карбидная фаза растет в виде пластин и игл, а не в виде равномерной пленки на периферии волокна. Таким образом, при получении композиций алюминий—углеродное волокно наиболее важной задачей является раз-

* Милов В. А. Исследования склерометрических и" акустических методов измерения прочности бетона. Автореф. канд. дис., ЛИСИ, 1969.

В процессе испытаний измеряются с помощью тензометричес-ких динамометра и деформометра (экстензометра) характеристики нагружения и деформирования образца. Деформометр для измерения продольных деформаций с базой 20 мм устанавливается непосредственно на рабочей части образца. Для регистрации диаграмм циклического деформирования использовался двухкоорди-натный прибор фирмы Брайане с точностью регистрации ±0,5% при частотах нагружения до 5 Гц.

В настоящее время замер упругопластических деформаций образца при малоцикловых испытаниях осуществляется обычно с помощью деформометров, представляющих собой датчик перемещений с элементами крепления его на базе измерений. На рис. 5.1.5 в качестве примера приведены деформометры двух вариантов, устанавливаемые на образце для измерения продольных (а) и поперечных (б) деформаций. В качестве чувствительных элементов таких деформометров могут быть использованы различные типы датчиков: резистивные, индуктивные или емкостные.

щеаия перегрева элементов установки имеют специальные каналы 5 и. 6 для водяного охлаждения, которые связаны между собой гибкими дюритовыми шлангами 7, соединенными с водной магистралью. Образец закрепляется в захватах с помощью вкладышей 8 и гаек 9, также изготовленных из жаропрочного материала. Применение сухой смазки из дисульфида молибдена в резьбовом соединении захват-гайка предотвращает схватывание в процессе работы. Закрепление нагревателя, его центрирование внутри образца, а также подвод к нему электрического тока осуществляется с помощью медных водоохлаждаемых токоподводов 10, установленных в изоляторах 11 на основании станины 12 и вводимых в захваты через выполненные в них прорези. Один из токоподводов имеет упругий элемент 13, предназначенный для компенсации температурного удлинения нагревателя. Система электрического питания последнего состоит из понижающих трансформаторов, приставки управления нагревом УПИ с мощными тиристорами Td и ТС2, а также регистрирующего потенциометра КСП-4 с платино-родий-платиновой или хромель-алюмелевыми термопарами, привариваемыми точечной сваркой к поверхности образца. Принцип работы данной системы при регулировании температуры аналогичен [4, 6], что обеспечивает ее высокую стабильность и точность поддержания в пределах ±0,5% от заданной величины. Благодаря расположению нагревателя внутри головок образца, происходит также их подогрев, обусловливая уменьшение теплоотвода в головках от рабочей базы и снижение градиента температуры по длине базы. Использование разработанной системы нагрева обеспечивает свободный доступ к наружной поверхности образца, что позволяет расположить на ней высокотемпературный деформометр для измерения продольных деформаций [4], а также осуществлять наблюдения с помощью металлографических микроскопов за образованием и развитием микро- и макротрещин, а в отдельных случаях и за структурными изменениями материала в процессе программного циклического нагружения.

Водоохлаждаемый деформометр для измерения продольных деформаций содержит упругий элемент, на котором наклеены с помощью высокотемпературного клея проволочные тензодатчики, образующие измерительные мосты для определения и записи деформации в координатах «нагрузка — деформация» и «деформация — время». Сигнал, получаемый от деформометра, подается на одну

Деформометр для измерения продольных деформаций имеет упругий элемент, на котором высокотемпературным клеем наклеены проволочные тензодатчики, образующие измерительные мосты для определения и записи деформации в координатах нагрузка—деформация и деформация—время.

лена динамометрическая спиральная пружина 7, служащая для измерения осевого усилия от привода 2 и крутящего момента, с верхним цанговым захватом 8. Нижний захват смонтирован на подвижной траверсе 3. Вращение нижнего захвата и перемещение траверсы осуществляются двигателем и червячным редуктором, смонтирован-ными в корпусе траверсы 3. Образец 9 в виде полой трубки с утолщениями на концах зажимают в цанговых захватах S. Деформации измеряют по перемещению захватов. Перед испытанием в образец вставляют наконечники и вместе с его концами зажимают в цангах. На трубке, проходящей внутри пружины 7 и траверсы 5, закреплена сверху измерительная головка 6, на которой установлены консольные балочки с наклеенными на них тензорезистора-ми для измерения продольных деформаций и углов закручивания.

Рис. 41. Тензометр для измерения продольных угловых и поперечных деформаций трубчатых образцов

Тензометр для измерения продольных, угловых и поперечных деформаций трубчатых образцов (рис. 41) устанавливают на образец 5 с помощью трех верхних 4 и трех нижних игл 1. Тензометр состоит из двух частей: верхней 9 и нижней 12. С верхней частью через опорные подшипники 3 соединено кольцо 10. Нижняя часть и кольцо 10 соединены плоскими пружинами 11. Таким образом, кольцо 10 вместе с верхней частью может смещаться относительно нижней в осевом направлении за счет прогиба пружин 11. В то же время нижняя часть вместе с кольцом 10 может свободно поворачиваться относительно верхней. Для измерения осевого смещения на пружины 11 наклеены тензорезисторы. Угол поворота измеряют реохордом 2, установленным на кольце 10. Для измерения поперечных деформаций образца служат четыре датчика 7. Изменение диаметра образца через ножи 6 воспринимается пружинами 5 с наклеенными на них тензорезисторами. Для тарировки тензометра исполь-

Рис. 42. Тензометр для измерения продольных и поперечных деформаций

Тензометр для измерения продольных и поперечных деформаций трубчатых образцов (рис. 42). Корпус тензометра состоит из двух одинаковых частей: 8 и 10. В каждой части установлены неподвижная жесткая опора 6 и подвижные опоры 4 к 9, выполненные в виде гибких пластин с наклеенными на них тензорезисторами 2. Тензометр на образце 1 закрепляют струбциной 7. В каждой части корпуса имеются дугообразные пазы (для установки базы измерения поперечной деформации), центр дуги которых совпадает с осью образца. В пазу 3 находится ползун 5, к которому винтами прикреплена подвижная опора 4. Ее располагают под острым углом к неподвижной опоре 6. Таким образом, по-

Тензометр для измерения продольных и угловых деформаций трубчатых образцов (рис. 43). Отличительной особенностью этого тензометра является крепление фиксирующих игл внутри образца. Трубка / связана посредством винта 2 и фиксирующих игл 3 с верхней частью образца 7. В стержень 5 вставлены нижние фиксирующие иглы 6, поджимаемые винтом 4. Торец стержня упирается в головку индикатора, корпус которого при помощи кронштейна 9 жестко связан с трубкой 1. Индикатором фиксируются линейные деформации образца. Угловые деформации измеряются оптическим устройством при помощи зеркал 5.