Направлении наибольшей

половины прочности материала, причем даже незначительное содержание волокон в направлении нагружения приводит к линейной зависимости а (е). Наличие волокон с высокой жесткостью позволяет варьировать в самом широком диапазоне зависимость удельной прочности композиционных материалов от их удельной жесткости. Это обусловливает существенные преимущества композиционных материалов перед металлами, где удельная жесткость примерно постоянная при некотором изменении удельной прочности [15]. Управление удельной жесткостью И прочностью, а также другими физико-механическими характеристиками в плоскости армирования осуществляется изменением укладки волокон или одноосных тканей различного плетения как в плоскости, так и по толщине пластины или изделия [2, 14]. При этом характеристики композиционных материалов перпендикулярно плоскости армирования практически не изменяются [25]. Варьирование укладки волокон приводит не только к изменению степени анизотропии свойств, при незначительном изменении сопротивления межслойному сдвигу и поперечному отрыву [20, 69]. Наличие переменной укладки по толщине приводит к существенному увеличению неоднородности структуры композиционного материала, что необходимо учитывать при расчете конструкций из таких материалов [2, 104]. Выбор закона укладки в плоскости и по толщине пакета подчиняется назначению конструкции. Таким образом, использование высокомодульных волокон при традиционных схемах армирования, когда толщина изделия создается набором плоских армирующих элементов — препрегов или слоев ткани, не устраняет указанных выше отрицательных особенностей композиционных материалов.

Минимально необходимое оборудование для одноосных испытаний на растяжение включает датчик нагрузки (обычно используется силоизмеритель самой испытательной машины) и датчик продольных деформаций (экстензометр или тензодатчик сопротивления). Из их показаний, снимаемых вплоть до разрушения, можно легко получить зависимости между напряжениями и деформациями в направлении нагружения, которое может быть различным по отношению к ориентации волокон (рис. 5). На рис. 6 показаны типичные кривые деформирования однона-правленно армированных пластмасс при нагружении вдоль

Для определения модуля упругости при сжатии и коэффициента Пуассона желательно использовать призматические образцы (с постоянной площадью поперечного сечения). Для измерений деформаций в направлении нагружения используют тензо-датчики сопротивления. Использование измерителя перемещений траверсы испытательной машины ненадежно для расчета деформаций из-за возможных ошибок, связанных со смятием концов образцов. При измерении коэффициента Пуассона недостаток

Разработанная квазигетерогенная модель позволила прогнозировать распространение трещины в направлении нагружения и в поперечном направлении (устойчивое и неустойчивое). Появилась также возможность учесть «зоны повреждения» в области концентрации нормальных и касательных напряжений у кончика надреза. Изложены основные моменты рассуждений, приводящих к необходимости рассмотрения этих областей. Влияние нормальных напряжений в направлении, перпендикулярном армированию, учтено в анализе путем введения «эффективных» касательных напряжений в плоскости армирования в критерий прочности. Кроме того, выведена модифицированная форма выражения для подсчета модуля сдвига в плоскости армирования вблизи надреза, учитывающая локальный изгиб волокон, ориентированных перпендикулярно направлению нагружения. Для анализа влияния на поведение композита дефектов поверхности и дефектов во внутренних слоях, возникающих либо в результате эксплуатации изделия, либо от начальных повреждений, использованы приближенные методы.

Принципы, положенные в основу модели [2], распространены Цвебеном [39] для анализа поведения слоистых композитов типа [0°/±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.

Параметр стеснения сдвиговых деформаций определен как отношение произведения модуля сдвига слоев, ориентированных под углом к направлению нагружения, на их толщину к соответствующему произведению для слоя, ориентированного в направлении нагружения. Для слоистого боропластика на эпоксидном связующем с надрезом длиной 12,7 мм (число перерезанных волокон п « 100) приведена зависимость расчетного коэффициента концентрации напряжений К„ от отношения нагрузок Р/Ру (рис. 2.11). Здесь Ру — величина нагрузки, приложенной к композиту, при которой а = О, Р — нагрузка для а > 0 (а — протяженность неупругой области в безразмерных единицах, измеренная от кончика трещины в направлении приложенной нагрузки; см. рис. 2.12). Возрастание отношения Р/Ру эквивалентно, таким образом, росту а. Из рис. 2.11, очевидно, следует, что рост параметра стеснения г ведет к снижению Кп- Увеличение же г является прямым следствием роста модуля сдвига слоев с ориентацией ±6°. Приведенная на рис. 2.11 зависимость хорошо согласуется с результатами, полученными при помощи теории однородных анизотропных сред, из которых следует, что увеличение в слоистом композите числа слоев с ориентацией ±45° приводит к снижению концентрации напряжений.

/ — толщина слоистого композита Я; 2—свободная кромка; 3 — область перераспределения касательных напряжений в «квазиоднородный» материал; 4 — область концентрации напряжений; 5 — область перераспределения касательных напряжений в «ядро» перерезанных волокон; 6 — напряжение ag, приложенное к слоистому композиту, х(?,), U(u); 7 — упругая область; 8 — неупругая область; 9 — область распространения трещины в направлении нагружения; 10 — толщина слоя А; 11 — квазиоднородный материал, и = иг = 5; 12 — неповрежденные волокна, примыкающие к трещине, и = «ь 13 — «ядро» п перерезанных волокон, и = иа; 14 — слой с. ориентацией волокон в направлении нагружения, в котором распространяется трещина; 15 — слой с ориентацией волокон ±8°, стесняющий сдвиговые деформации слоев, в которых арматура ориентирована в направлении °0.

2.4.2.1. Область повреждения от сдвига в плоскости армирования, распространяющаяся в направлении нагружения от кончика трещины, ориентированной перпендикулярно направлению нагружения (О ^ ^ ?). Для однонаправленного слоистого композита, растягиваемого в направлении армирования, область повреждения, распространяющаяся в направлении нагружения, возникает из-за превышения деформациями сдвига в плоскости у кончика трещины

соответствующего предельного значения уиц. Разрушению от сдвига в матрице действительно предшествует развитие неупругой области в направлении нагружения на расстояние а от кончика трещины. Очевидно, что трещина, появившаяся в направлении нагружения, препятствует дальнейшему перераспределению касательных напряжений в плоскости армирования между ядром перерезанных волокон и прилегающей к нему областью неповрежденных волокон.

Следует осторожно сопоставлять величины сдвиговых деформаций у кончика трещины у с предельными значениями деформации сдвига yuit, определенными из испытаний композита без концентраторов напряжений. Дело в том, что в матрице и в пограничном слое волокно — матрица у вершины трещины возникает сложное напряженное состояние. Кроме того, не известно, происходит ли разрушение от касательных напряжений по матрице или по границе волокно — матрица. Однако при отсутствии данных о поведении полимерной матрицы в условиях сложного напряженного состояния представляется разумным в сдвиговом анализе оценивать распространение повреждения (или трещины) в направлении нагружения на основании прямого сопоставления у и уип-

Для слоистого композита со схемой армирования [0°/90°], растягиваемого в направлении армирования, картина несколько иная. Величина сдвиговой жесткости, которая определяет перераспределение касательных напряжений от ядра разорванных волокон к неповрежденным смежным волокнам, не зависит от процентного соотношения количества слоев О и 90°. Предполагается, что при достижении сдвиговыми деформациями у предельных значений yuit разрушение от сдвига происходит вблизи вершины трещины одновременно в слоях с ориентацией 0 и 90°. Это не приводит, однако, к росту трещины в направлении нагружения, как при растяжении однонаправленного композита. Дело в том, что разрушение от сдвига в рассматриваемом случае не обязательно влечет за собой разрушение волокон. Следовательно, волокна слоев 90° еще остаются неповрежденными, хотя сдвиговая жесткость материала в области разрушения уже потеряна.

объемов материала, примыкающего к трещине под углом 45° к лп-цевой поверхности образца. Затем этот же образец был подвергнут растяжению. Картины интерференции.шых полос представлены па рис. 25.14, 25.15. Из них видна тенденция к затуплению и к боковой утяжке в верните. Трещина сначала распространяется в направлении наибольшей боковой утяжки, а затем раздваивается. Быстрое распространение трещины происходит в оддом из :>тпх

они претерпевают деформации не только в направлении наибольшей тензочувствительности тензорезисто-ров, но и в иных направлениях. Нелинейность датчиков силы с полупроводниковыми тензорезисторами определяется в основном зависимостью тензочувствительности тензорезисторов от уровня деформации и по величине на порядок больше нелинейности упругих элементов, достигая 1—3%.

Так как испытываемые материалы анизотропы, то образцы из них вырезались таким образом, чтобы разрушение происходило в направлении наибольшей прочности, т. е. для ФПБ, ФБГ и текстолита ПТК параллельно утку, для ФК параллельно основе, а для ДСП-Б10 вдоль волокон древесного шпона. Образцы вырезались из плит.

а) изменение формы зёрен с вытягиванием их в направлении главных деформаций растяжения, преимущественно в направлении наибольшей из них; изменение формы зёрен сопровождается повреждениями плоскостей скольжения и искажением кристаллической решётки вблизи этих плоскостей;

Трубки применяются для цилиндрических или близких к ним по форме заготовок, перемещаемых в направлении наибольшей размерности (длины). Условием применения трубок служат соотношение диаметра заготовки и её длины, которое должно быть U: /=0,12-;-1,0, где d — диаметр заготовки в мм; I — длина заготовки в мм. Ьсли d:/<0,12, то при перемещении заготовки по трубке в местах закругления последней заготовки могут останавливаться, а если d:l^>l, то заготовки

объемов материала, примыкающего к трещине под углом 45° к лп-цевой поверхности образца. Затем этот же образец был подвергнут растяжению. Картины интерференционных полос представлены па рнс. 25.14, 25.15. Из них видна тенденция к затуплению и к боковой утяжке в вершине. Трещина сначала распространяется в направлении наибольшей боковой утяжки, а затем раздваивается. Быстрое распространение трещины происходит в одном из этих

и 1.540) просвечивание осуществляют в направлении наибольшей глубины.

и 1.540) просвечивание осуществляют в направлении наибольшей глубины.

При холодной деформации металл получает наклеп (упрочнение), зерна изменяют форму, вытягиваясь в направлении наибольшей деформации (вытяжки). Наклеп вызывает увеличение твердости, пределов прочности и текучести, снижение пластичности, что приводит к ухудшению обрабатываемости металлов давлением. Наклеп тем больше, чем выше скорость деформации, под которой понимают изменение степени деформации в единицу времени. Наклеп устраняют рекристалли-зационным отжигом.

В табл. 3.27 приведены исходные данные [4, гл. 1 ] для расчета и построения поверхностей прочности при плоских напряженных состояниях для двух легких сплавов — алюминиевого (В-95) и магниевого (ВМ65-1). Здесь а„ —• предел текучести а0>2 при растяжении в направлении наибольшей прочности; а45 и aw — то же под углом 45 и 90° к этому направлению в плоскости прокатки; т0 — предел текучести т0)3 при кручении. Поверхности прочности, построенные по этим данным для первого октанта, приведены на рис. 3.77 и 3.78. Различный вид этих поверхностей объясняется, по-видимому, тем, что для сплава В-95 имеет место соотношение ст90 > ^з. Для сплава

они претерпевают деформации не только в направлении наибольшей тензочувствительности тензорезисто-ров, но и в иных направлениях. Нелинейность датчиков силы с полупроводниковыми тензорезисторами определяется в основном зависимостью тензочувствительности тензорезисторов от уровня деформации и по величине на порядок больше нелинейности упругих элементов, достигая 1—3%.