Прочности композитов

Целью большинства предложенных теорий разрушения является предсказание прочности композита, состоящего из слоев с заданной ориентацией, при общих условиях нагружения по данным, полученным из испытаний единичного слоя (гл. 2, т. 7). Композит принимается состоящим из однородных ортотропных слоев, несущая способность которых систематически оценивается соответствующим критерием прочности. Большинство критериев имеет квадратичную форму [38], [19] и характеризует скорее начало разрушения, а не его вид *. Панно и Эвенсен [31] отстаивают так называемый гибридный подход, использующий понятия о коэффициенте взаимодействия в главных осях симметрии материала.

4. По данным испытания образцов с продольным (0°) и поперечным (90°) армированием в требуемом диапазоне температур, можно с высокой точностью охарактеризовать распределение прочности композита, армированного под произвольным углом при условии, что может быть получена надежная оценка р.

ш '<•" XI 1 100 со — РАЗРЫВ СЕЧЕНИИ ^~ " - — ПРОЧНОСТЬ КЛЕЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ (БЕЗ БОЛТОВ) РАВНАЯ ПРОЧНОСТИ КОМПОЗИТА ПРИ РАСТЯЖЕНИИ \

Характеристики статистические прочности композита 46—57

Упитис 3. Г., Рикардс Р. Б., Исследование зависимости прочности композита от структуры армирования при плоском напряженном состоянии, Мех. полим., № 6 (1976).

Если эффективная прочность упрочнителя в композите снижается в результате реакции на поверхности раздела, то дальнейшим объектом исследования должно служить изменение распределения прочности отдельных волокон. Розен [31] показал, что предел прочности композита зависит и от среднего значения, и от коэффициента вариации прочности волокон. Он пришел к выводу» что при одинаковой средней прочности волокон распределение с большим коэффициентом вариации отвечает большей прочности; композита. Иными словами, коэффициент вариации в определенной степени характеризует способность более прочных волокон принимать на себя нагрузку, высвобождаемую при разрушении:; более слабых волокон. Кроме того, увеличение коэффициента вариации может привести к росту энергии разрушения, поскольку увеличивается вероятность того, что дефектное место волокна перед развивающейся трещиной удалено от плоскости трещины.. Эта ситуация приводит либо к отклонению трещины в направлении места потенциального разрушения следующего волокна, либо к: вытягиванию волокна из матрицы; в обоих случаях энергия разрушения растет. Таким образом, характер влияния реакции между матрицей и волокном на механические свойства зависит как от среднего значения, так и от коэффициента вариации прочности волокон по завершении реакции.

волокна и, таким образом, применение этого правила может привести к недооценке жесткости и прочности композита. Несмотря на заниженный характер оценок, правило смеси оказалось полезным для ориентировочных расчетов, так как поперечные напряжения, возникающие в волокне и матрице, взаимно противоположны, и их суммарное влияние на кривую напряжение —деформация композита в целом ослабляется. В результате может создаться неправильное представление о том, что при продольном нагружении на поверхностях раздела не возникает заметных напряжений, поскольку экспериментальные результаты согласуются с правилом смеси, игнорирующим наличие напряжений на поверхностях раздела.

Один из этих факторов связан с образованием хрупкого продукта реакции на поверхности раздела. Меткалф [44] показал, что зависимость прочности композита от толщины реакционного слоя

Рис. 4. Сравнение экспериментальной (/) яр эстетной (2) прочности композита Nb-еплав—.24% W-пррврлока при 4477 К в зависимости от продолжительности предварительного отжига в вакууме при этой же температуре.

Другой подход к проблеме растворимости был использован Брентналлом и др. [7] при исследовании системы ниобий — вольфрам. Максимальное количество вольфрама, которое может быть введено в обычные ниобиевые сплавы, ограничено 20—30% из-за снижения ковкости сплава. Композитный материал из ниобиевой матрицы с вольфрамовой проволокой теряет стабильность вследствие растворения проволоки. Однако продукты растворения представляют собой высокопрочные сплавы системы Nb —• W, которые обычно являются нековкими. Образование этих сплавов компенсирует потерю прочности, вызванную растворением вольфрамовой проволоки. На рис. 4 показано влияние выдержки (до 100 ч) при 1477 К на прочность при растяжении Nb-сплава с 24 об.% проволоки (W с добавкой 3% Re). Имеются два фактора, снижающие прочность. Первый из них — это уменьшение сечения вольфрамовой проволоки из-за растворения, второй — возврат, приводящий к разупрочнению. Прочность проволоки уменьшается с 119 кГ/мм2 в исходном состоянии до 77 кГ/мм2 после выдержки 100 ч при 1477 К- В то же время прочность композита не изменяется. Предполагается, что постоянная величина прочности композита обеспечивается образованием высокопрочных Nb — W-спла-вов. На рис. 5 сопоставлены микроструктуры вблизи места разрушения при испытании на растяжение образцов в исходном состоянии и после 100-часовой выдержки при 1477 К. Матрица становится аменее пластичной после отжига из-за большого количества растворившегося в ней вольфрама.

Кляйн и Меткалф [19] изучали разрушение поверхности раздела в композитах А16061 — В при температурах выше 644 К. При четырех температурах исследован материал с двумя вариантами объемного содержания волокна и двумя режимами термообработки. Во всех случаях основные результаты были одинаковы. После этого были проведены испытания на растяжение (подробное описание их дано в гл. 4). Для сравнения результатов использовано время, по истечении которого прочность снижается на 50%. Эти результаты, приведенные на рис. 9, подчиняются уравнению Аррениуса. Здесь же показаны результаты Штурке, однако данные, относящиеся к кривой при температуре 644 К (рис. 8), не вполне определенны, так как эта кривая экстраполирована до 50%-ного снижения прочности. Сюда включены также данные Видоса и др. [48] о времени разупрочнения борных волокон в расплаве алюминия при 971 К. Хотя использованные в работе [48] волокна имели низкую прочность (168 кГ/мм2), тем не менее и в этом случае подтверждается быстрое уменьшение прочности композита. Вопросы взаимосвязи между прочностью композита и характеристиками поверхности раздела более подробно будут обсуждаться в гл. 4 и 5.

302. Черепанов Г. П. О прочности композитов.— ПМТФ, 1967, К 2, с. 77—79.

Б. Функции распределения прочности композитов...... 50

A.Описание прочности композитов распределением Вейбулла 58 Б. Устойчивость параметров аир.............. 60

Б. Функции распределения прочности композитов

где а0 и m — параметры, определяемые из испытаний материала. Это распределение нашло широкое применение при описании прочности композитов и более детально будет рассмотрено в дальнейшем.

А. Описание прочности композитов распределением В ейбулла

Хадок [12] описал метод определения допустимых значений прочности композитов на основе отношения рассчитанных ее значений к полученным экспериментально. Это отношение определяется прямым сравнением теории с экспериментом для частного случая на-гружения и распространяется на другие (подобные) структуры материала. Поправочные коэффициенты, соответствующие уровням А и В, получают из уравнений, подобных (14), и затем используют для пересчета теоретически определенных значений прочности.

Приведем обзор вероятностных аспектов длительной прочности. Библиография по длительной прочности композитов приводиться не будет; эти данные можно найти в других источниках. Поскольку «статическая» прочность может рассматриваться как прочность при t = 0 в истории нагружения материала, то большинство результатов, полученных с применением вероятностных методов в статическом случае, применимо и в случае длительного нагружения. При длительном нагружении время до разрушения изделия является случайной величиной и всегда должно оцениваться статистическими способами. Долговечность обычно оценивают тремя параметрами: 1) средним значением времени до разрушения; 2) частотой или плотностью вероятности; 3) средним квадратическим отклонением.

Коррекция при учете изгиба. Теория, описанная в разделе IV.Б.2, была использована для предсказания разрушающей нагрузки в нескольких экспериментально исследованных типах соединений. При оценке прочности клеевого слоя и изотропных склеиваемых материалов использовали критерий максимальных напряжений. При оценке прочности композитов применяли критерий максимальных деформаций. Эти критерии были включены в вычислительную программу.

В настоящем томе можно выделить три части. В ,первой части, по объему намного превосходящей остальные и содержащей главы 1—8, рассматривается деформационное поведение композитов. Темой второй части, охватывающей главу 9, является прочность композиционных материалов. Дополнительные сведения относительно прочности композитов можно найти в пятом томе (главы 3 и 10). Последняя часть, состоящая из главы 10 (к ней примыкает глава 9 восьмого тома), посвящена экспериментальным методам определения свойств композиционных материалов.

В других случаях реакции на поверхности раздела приводят к необратимому снижению собственной прочности упрочнителя. Петрашек [28], например, наблюдал уменьшение собственной прочности волокон вольфрама по мере развития рекристаллизации, на которое заметно влияют определенные легирующие элементы медной матрицы. Саттон и Файнголд [37] отмечали, что активные легирующие элементы никелевой матрицы снижают прочность волокон окиси алюминия в композите, изготовленном путем пропитки. Эти наблюдения легли в основу предложенной ими теории прочности композитов, рассмотренной в гл. 8. Предполагается, что разупрочнение окиси алюминия обусловлено огрублением рельефа поверхности, а в этом случае удаление продукта реакции не восстанавливает прочности, хотя химическая

Рекомендуем ознакомиться:

Прочности наибольшее

Промышленности приведены

Промышленности составляет

Промышленности транспорта

Процедура повторяется

Промысловых трубопроводов

Промывают разбавленной

Промывочных устройств

Меню:

Главная страница Термины