Ориентированных стеклопластиков

— после подрастания трещины по туннелям на расстояние около 1 мм происходило вязкое внут-ризеренное разрушение материала по перемычкам между туннелями по механизму формирования усталостных бороздок, ориентированных перпендикулярно поверхности центрального отверстия диска; с обеих сторон каждого туннеля перемычки разрушались одновременно;

Зеркальный эхо-метод применяют также для выявления дефектов, ориентированных перпендикулярно поверхности ввода. Им выявляют более мелкие дефекты, чем зеркально-теневым, но при этом требуется, чтобы в зоне расположения дефектов был достаточно большой участок ровной поверхности (см. рис. 2.3, б). При контроле рельсов, например, это требование не выполняется, поэтому возможно применение только зеркально-теневого метода. Дефект В можно выявить совмещенным наклонным преобразователем, расположенным в точке А. Однако в этом случае зеркально отраженная волна уходит в сторону и на преобразователь попадает лишь слабый рассеянный сигнал. Преобразователи, расположенные в точках С или D, обнаруживают дефект с более высокой чувствительностью.

Наиболее распространенный объект контроля зеркально-теневым методом — железнодорожные рельсы. Метод обеспечивает обнаружение дефектов, дающих слабое обратное отражение, ориентированных перпендикулярно поверхности качения, которая служит поверхностью ввода. При контроле рельсов возникают помехи вследствие поперечного смещения преобразователя. При этом акустическая ось не совпадает с осью поперечного сечения рельса. В результате часть энергии не входит в шейку рельса, оставаясь в его головке. Экспериментально установлено, что эти помехи уменьшаются при использовании преобразователей

спектры цилиндра (/); сферы (2)\ диска (3) и полосы^), ориентированных перпендикулярно лучу; полосы, ориентированной под углами 10° (5) и 20° (6) к оси преобразователя

На основании анализа результатов расчетов теоретических спектров моделей дефектов выявлены следующие закономерности. Для объемных дефектов типа сферы и цилиндра характерны монотонные зависимости без осцилляции (кривые 1, 2 на рис. 5.42). У плоскостных дефектов, ориентированных перпендикулярно оси преобразователя, наблюдается более быстрый рост амплитуды с повышением частоты (кривые 3, 4). Резкая немонотонность спектра возникает при обнаружении плоскостных дефектов, ориентированных под углом к оси преобразователя. В этом случае основное влияние на результирующий сигнал оказывают дифракционные краевые волны, которые, интерферируя между собой, дают периодически следующие минимумы. Их период зависит от размера и угла наклона дефекта.

Рдс. 22. Связь между коэффициентом интенсивности напряжений и долей волоком, ориентированных перпендикулярно трещине [83]. -------композит бор — эпоксидная смола; ----- композит графит — эпоксидная смола.

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.

оценить величину этой дополнительной жесткости. Однако предложенный механизм показывает, что на расстоянии md порядка 10~' см опять проявляется влияние неоднородности материала в виде изгибной жесткости слоев, ориентированных перпендикулярно направлению нагружения. Кроме того,

сдвиговых деформаций г; теперь в модели учитываются свойства композита как квазиоднородного материала и вклад в сопротивление разрушению изгибной жесткости волокон, ориентированных перпендикулярно направлению нагружения:

Часто разрушение отдельных слоев композита не вызывает существенных изменений в его макроскопическом поведении и с трудом обнаруживается экспериментально. Например, диаграмма при растяжении в направлении армирования слоистого композита с ортогональной укладкой армирующих волокон [0790°]s не имеет резких переломов. Разрушение же слоев, ориентированных перпендикулярно направлению на-гружения, проявляется наиболее заметно в скачкообразном изменении коэффициента Пуассона. В этом случае анализ поведения слоистого композита на основе свойств составляющих его слоев помогает установить условия разрушения отдельных слоев. Интерес к поведению слоистых композитов при низких уровнях напряжений не случаен, так как для создания надежных при длительной эксплуатации конструкций понимание процессов «частичного» разрушения (разрушения отдельных слоев при низких уровнях напряжений) не менее важно, чем оценка предельных напряжений для материала в целом.

композита, ориентированных перпендикулярно направлению нагружения.

Основные особенности. В настоящее время композиционные материалы и особенно стеклопластики применяют почти во всех отраслях народного хозяйства [15, 38, 47, 64]. Широкое использование ориентированных стеклопластиков для изготовления ответственных изделий дает основание считать эти материалы традиционными подобно однородным конструкционным материалам. Но в отличие от последних ориентированные стеклопластики имеют множество особенностей [25, 71].

Одним из главных преимуществ ориентированных стеклопластиков является высокая удельная прочность в направлении армирования. Практическая реализация этого преимущества ограничена трудностями, обусловленными относительно низким сопротивлением ориентированных стеклопластиков межслойному сдвигу (Rxz = 254-50 МПа, Gxl "-= 2000^-2500 МПа) и поперечному отрыву (Rz= 20-7-55 МПа), а также сравнительно малой жесткостью (?V •— =•= 25-7-60 ГПа) даже в направлении укладки волокон. Несущая способность тонкостенных конструкций, работающих на устойчивость, в результате сравнительно низкой жесткости стеклопластиков часто теряется задолго до достижения напряжениями предельных значений [56, 80]. При создании толстостенных изделий указанные отрицательные особенности начинают проявляться более ярко, так как возрастает число технологических факторов, определяющих эти особенности [6].

Другим преимуществом ориентированных стеклопластиков перед обычными изотропными конструкционными материалами является эффективное управление анизотропией их механических, тенлофизическмх и других свойств в плоскости армирования. Это дает дополнительные резервы в повышении надежности конструкций, снижении их массы и расширении области применения. Управление анизотропией свойств осуществляется варьированием укладки арматуры [2, 4, 14, 36, 54, 70]. Но относительно низкая жесткость армирующих стекловолокон резко ограничивает реализацию этого преимущества, так как даже незначительное отклонение волокон от заданного направления приводит к существенному снижению жесткости в этом направлении [5, 14, 20]. Кроме того, физико-механические и химические свойства стекловолокон и матрицы часто оказываются несогласованными, , что порождает проблемы создания монолитных изделий из композиционных материалов [31, 68] и приводит к специфическим видам их разрушения (расслоению, размотке, местным разрывам, трещинам, нарушению адгезии и т. п.) 32, 37, 56, 63]. Особенно присущи такие виды разрушения конструкциям, изготовленным намоткой [76].

Независимость динамического модуля ориентированных стеклопластиков от частоты отмечалась также Эренстейном и -Форстером [26]. Динамические испытания нагретых балок показали, что их свойства не зависят от температуры, если она не превышает температуру точки размягчения связующего.

93.Kvasnikov, E. N. (1967). «A Study of the Elastic Properties of Oriented Fiber Glass by the Impulse Acoustical Method», English Translation of «Fiziko-Khimiya i Mekanika Orientirovannykh», 172—177. NAUKA, Moscow. [Квасников E. M., Потапов А. И. Исследования упругих характеристик ориентированных стеклопластиков импульсным акустическим методом. В-кн.: Физико-химия и механика ориентированных стеклопластиков. М., Наука, 1967, с. 172—177].

Рабинович А. Л., в «Физико-химия и механика ориентированных стеклопластиков» (Андреевская Г. Д., ред)), М., «Наука», стр. 101—110.

Япенко В. Ф., Условие прочности и расчетные формулы при сложном напряженном состоянии ориентированных стеклопластиков, Изв. вузов, Строительство и архитектура, № 8 (1970).

Савелова Б. Н., О разрушении ориентированных стеклопластиков, сб. «Надежность и долговечность строительных конструкций», Волгоград, 1976, 109—113.

Возможность проведения таких микроструктурных исследований реализована в установке ИМАЩ-11 (см. гл. III). На этой установке изучали особенности изменения структуры образцов на примере термостойких ориентированных стеклопластиков АГ-4С и ЭФ-С в зависимости от интенсивности и продолжительности теплового воздействия при одностороннем программированном нагреве. Стеклопластик ЭФ-С представляет собой анизотропный прессованный волокнистый материал, связующим в котором служит эпоксидно-фе-нольная смола, а наполнителем являются стеклонити. Стеклопластик АГ-4С— это анизотропный прессованный волокнистый материал на основе модифицированной фенольно-формальдегидной смолы. Выбор стеклопластиков ЭФ-С и АГ-4С для исследования обусловлен тем, что уже накоплены основные данные о механических свойствах этих эффективных и широко применяемых в высокотемпературной технике материалов при их статических испытаниях в условиях нормальных температур и изотермических режимах нагрева [77; 114] *.

Рис. 174. Схемы развития деформации и разрушения образцов ориентированных стеклопластиков АГ-4С (а—г) и ЭФ-С (д~-з) при сжатии в условиях одностороннего высокотемпературного нагрева

Весьма высокая сходимость экспериментальных и рассчитанных значений получена для ориентированных стеклопластиков, СВАМ, АГ-4С, 27-63С, а также стеклотекстолитов на основе кордной ткани ТЖСК, сатина. Однако, как уже отмечалось, заметные отклонения получены ; ля стеклотекстолита на основе ткани полотняного переплетения Тупр.