Многослойных конструкций

§ 1.4. Упругие характеристики многослойных композитов при плоском напряженном состоянии

Установим соотношения упругости при изгибе многослойных композитов [6]. Будем считать, что слои материала идеально связаны между собой (отсутствует проскальзывание слоев). Классическая теория пластин, основанная на гипотезах Кирхгофа—Лява, дает следующие выражения для деформаций (см. § 4.2):

Конкретный вид выражений (1.90) зависит от структуры.пакета слоев многослойного композита и расположения координатной плоскости. Для ряда частных случаев соотношения (1.90) заметно упрощаются. Рассмотрим три конкретных примера, относящихся к одному из наиболее распространенных типов многослойных композитов — перекрестно армированному, т. е. образованному слоями однонаправленного материала, ориентированными под углами ср и —ф. Во всех случаях в качестве координатной поверхности выбрана срединная плоскость, т. е. плоскость, делящая толщину многослойного композита Н на две равные части.

Технические постоянные упругости многослойных композитов в общем случае определяются соотношениями (1.77)—(1.80). Рассмотрим для определенности деформирование в направлении оси х.

В гл. 2 внимание сосредоточено на особенностях поведения композита с хрупкой полимерной матрицей, вызванных появлением и развитием системы микротрещины во всем объеме связующего. Именно эти процессы в основном ответственны за проявление композитами с хрупкой полимерной матрицей неупругих свойств. В главе обосновывается одна из возможных моделей деформирования и разрушения многослойных композитов при плоском напряженном состоянии. Развиваемую модель можно отнести к числу структурно-феноменологических. Феноменологический подход используется для описания поведения однонаправленного композиционного материала (монослоя), структурный — для рассмотрения многослойных композитов, составленных из разноориентированных монослоев. Основные

§ 2.4. Алгоритмизация задач о деформировании и прочности многослойных композитов

Описанная в § 2.3 модель поведения монослоя может быть применена для анализа процессов деформирования и разрушения многослойных композитов, составленных из нескольких разноориентиро-ванных монослоев. Будем считать, что на всех этапах деформирования композита связь его слоев идеальна, т. е. деформации всех слоев в системе координат композита (х, у) одинаковы и равны средним деформациям композита в целом.

Разработанная модель предназначена для определения вида состояния каждого из слоев композита и учета соответствующих этому состоянию жесткостей при определении средних (приведенных) параметров композита. Для многослойных композитов эта процедура весьма трудоемка. Поэтому в настоящем параграфе рассматриваются возможные алгоритмы проведения необходимых вычислений на ЭВМ.

Как показывают результаты экспериментов, это предположение вполне оправдано, по крайней мере, для многослойных композитов, составленных из небольшого числа групп (до 4—5) разноориентиро-ванных слоев.

Поведение многослойных композитов, составленных из почти линейно упругих однонаправленных слоев, часто оказывается качественно значительно более сложным, чем поведение составляющих их слоев. В зависимости от структуры материала и вида напряженного состояния характер диаграмм деформирования и прочность материала могут меняться в широких пределах.

§ 1.4. Упругие характеристики многослойных композитов при плоском

К преимуществам клеевых соединений по сравнению с заклепочными, сварными, болтовыми и другими видами соединений относятся возможность соединения разнородных материалов, более равномерное распределение напряжений в соединениях, повышенная сопротивляемость вибрационным нагрузкам, возможность изготовления облегченных деталей и конструкций из тонких листов, исключение операций изготовления отверстий под механические крепления и соответственно упрощение и ускорение процессов сборки, большая прочность клееных конструкций, снижение веса изделий, получение клееных изделий с ровной и гладкой внешней поверхностью, исключение ослабления связываемых элементов отверстиями, герметичность соединений, получение коррозионностойких соединений, получение выгодных по прочности и весу многослойных конструкций с заполнителями, их экономичность.

§ 3.2. ДЕФЕКТОСКОПИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И МНОГОСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

При контроле многослойных конструкций возникают затруднения с разделением годографов для донного сигнала всего ОК и сигналов многократных отражений в слоях с учетом явлений трансформации и незеркального отражения волн (см. п. 1.3.1). Для решения этой задачи определяют амплитуды пришедших сигналов, время их прихода, рассчитывают возможные траектория распространения импульса.

Метод пригоден для контроля изделий широкой номенклатуры, в том числе металлических и композитных. Его применяют независимо от способа соединения слоев (пайка, термодиффузионное сцепление, склейка). Например, его применяют для дефектоскопии биметаллических листов, трехслойных конструкций с периодической структурой заполнителя, клееных многослойных конструкций. Контроль объектов с малым затуханием УЗ (металлы) производят обычно при одном положении излучателя относительно контролируемой конструкции. При проверке объектов с большим затуханием (содержащих неметаллические слои) излучателем последовательно возбуждают конструкцию в нескольких точках. Отсутствие необходимости в непрерывном сканировании обусловливает высокую производительность метода.

Дальнейшее повышение частоты до 50... 100 МГц и даже единиц гигагерц позволяет решать такие задачи, как выявление очень мелких дефектов (50... 100 мкм), в том числе микропористости в металлах и керамике, исследование тонкой кристаллической структуры металлов, обнаружение неоднородностей в оптическом стекле с неотшлифованными (непрозрачными) поверхностями, контроль размеров и качества соединения элементов композиционных материалов, тонких многослойных конструкций, поиск дефектов в полупроводниковых элементах, исследование поведения дислокаций в кристаллах. Контролируемые материалы должны обладать малым затуханием ультразвука на соответствующей частоте или приходится контролировать только поверхностные слои объектов

6. Ланге Ю. В. Акустические низкочастотные методы неразрушающего контроля многослойных конструкций. — М.: Машиностроение, 1991.

Тем не менее достоинства метода ПРВТ при контроле объемной структуры современных промышленных материалов и многослойных конструкций столь значительны, что существенно расширяют сложившиеся представления о потенциальной эффективности применения ионизирующих излучений и неразрушающего контроля в целом.

Подобными возможностями не обладает ни один из известных методов промышленного контроля, что обеспечивает несомненные преимущества ПРВТ при решении тех задач неразрушающего контроля, где эти особенности метода ПРВТ становятся определяющими. К числу таких задач относят НК разнообразных композитных материалов, многослойных конструкций, толстостенных и монолит-. ных изделий и заготовок, сложного' литья, древесины," строительных материалов, опор, изделий из керамики^ теплоизоляционных и теплозащитных материалов и покрытий, изделий электронной промышленности, моно- и поликристаллических структур^ Разнообразны современные материаловедче-ские задачи контроля объемной микроструктуры макрообъектов, исследования процессов развития деформаций и разрушения, в решении которых ПРВТ может оказать существенную помощь. Заманчивые возможности применение ПРВТ открывает в области исследования растений, минералов, биологических микрообъектов.

Примеры применения ПРВТ. На рис. 23 представлены примеры рентге-нотомограмм типичных композитов и многослойных конструкций, полученные методом ПРВТ при эффективной энергии . излучения ^около 70 кэВ,

Рис. И. Рентгенотомограммы композитов и многослойных конструкций-

Уникальные возможности НК композитов и многослойных конструкций методом ПРВТ становятся тем более очевидными, что представленные изображения являются лишь одной из привычных форм использования всего массива количественных результатов, получаемых этим методом и создающих предпосылки для неразрушающей диагностики с прогнозированием индивидуальных прочностных характеристик изделий.