Расширения компонентов

где Е — модуль упругости; а, v, а — температурный коэффициент ли-, нейного расширения, коэффициенты Пуассона и температуропроводности соответственно; А9 — амплитуда изменяющейся с круговой частотой <о температ-уры поверхности полупространства. Расстояние от точки наблюдения до поверхности должно быть намного больше глубины 60 проникновения тепловой волны;

Всем кристаллам присуща анизотропия, т.е. неравномерность свойств по направлениям, определяемая различными расстояниями между атомами в кристаллической решетке. Наиболее сильно анизотропия выражена у металлов, имеющих асимметричное кристаллическое строение. В таких кристаллах в зависимости от направления существенно изменяются показатели физических свойств, прочностные характеристики, модуль упругости, термический коэффициент расширения, коэффициенты теплопроводности и электро-

где d - RI //?2 ;-/?i -s- радиус карбидов; /?г - радиус частиц матрицы; «i и Oj, v 1 и \>г, EI и ?2 — температурные коэффициенты линейного расширения, коэффициенты Пуассона, модули упругости соответственно карбида и матрицы; А 7"— перепад температур.

Для упрощения расчетов принимаем, что при более высокой температуре цикла микронапряжения релаксируют и инициируются во время охлаждения. Температурные коэффициенты линейного расширения в исследованных температурных диапазонах для цементита подсчитывали с учетом параметров объемноцентрированной решетки, а также их средних значений в кристаллографических направлениях.

где Е - модуль упругости; а, v, a - температурный коэффициент линейного расширения, коэффициенты Пуассона и температуропроводности соответственно; Д0 -

Материал Упругие постоянные Коэффициен -ты температ. расширения Коэффициенты теплопроводности

Материал Упругие постоянные Коэфф. темп, расширения Коэффициенты теплопроводности

Материал Упругие постоянные Коэффиц. темп, расширения Коэффициенты теплопроводности

Материал Упругие постоянные Коэффиц. темп, расширения Коэффициенты теплопроводности

Материал Упругие постоянные Коэффиц. темп, расширения Коэффициенты теплопроводности

где ct — температурный коэффициент линейного расширения. Коэффициенты ц и а для внутреннего и наружного слоев считаем одинаковыми. По условию задачи должно выполняться условие равенства деформации внутренней и наружной оболочек:

Примечания. 1. В первой графе в скобках указаны прежние марки термобиметалла. 2. Под коэффициентом чувствительности понимается условная разность коэффициентов теплового расширения компонентов термобиметалла. Коэффициент чувствительности является основной величиной при расчете термобиметаллической пластинки на изгиб. 3. Значения коэффициента чувствительности термобиметалла действительны в пределах температурных интервалов постоянства коэффициента чувствительности, указанных в таблице. 4. Под режимом работы .нагрева с нагрузкой' понимается режим работы пластинки (прямоугольной), один конец которой закреплен, а другой удерживается при помощи шарнира.

Остаточные напряжения в волокнистых композитах в основном двоякого происхождения — термического и механического. Термические напряжения возникают из-за различия в коэффициентах термического расширения компонентов; они распространены наиболее широко. Поскольку температуры эксплуатации композитов всегда отличаются от температур изготовления, различное термическое расширение или сжатие волокна и матрицы приводит к возникновению термических напряжений при охлаждении от температур изготовления. В частности, композиты с [металлической матрицей изготавливают при температурах гораздо выше комнатной, и поэтому вероятность возникновения очень высоких уровней термических напряжений растет.

При дальнейшем движении диска вдоль оси волокна усилие, передаваемое на диск, затрачивается на преодоление трения в результате действия остаточных напряжений на поверхности раздела, существование которых обусловлено различием коэффициентов теплового расширения компонентов материала. Таким образом, передача нагрузки от матрицы к волокну через поверхность раздела происходит за счет адгезионных связей и силы трения. Вопрос о том, какой из этих факторов преобладает, до сих

В случае максимальной адгезии полимера к минеральному наполнителю при наличии стабильных ковалентных связей между ними механические свойства композита могут значительно ухудшиться из-за различия коэффициента линейного термического расширения компонентов. По этой причине основные представления о химии поверхности, с помощью которых можно определить адгезию полимера к наполнителю, неприменимы для оценки эксплуатационных характеристик композитов.

В процессе изготовления волокнистых композитов в компонентах и на границе раздела неизбежно возникают остаточные микронапряжения. Возникновение остаточных микронапряжений обусловлено двумя основными причинами: (1) различием в коэффициентах термического расширения компонентов и (2) повышенной температурой, необходимой для отверждения композита. Для исследования остаточных микронапряжений развиты и экспериментальные, и теоретические методы [10]. В настоящем разделе мы будем интересоваться величиной этих напряжений в связи с их возможным влиянием как на свойства матрицы в композите, так и на истинное напряженное состояние, вызванное приложенной механической нагрузкой.

Поскольку составляющие композиций обладают различной упругостью и пластичностью, то при их совместной работе на поверхностях раздела возникает реологическое взаимодействие, в результате которого создаются радиальные и тангенциальные напряжения. Даже при простом осевом растяжении в волокнистых композиционных материалах создается объемное напряженное состояние. Последнее еще больше усложняется при учете остаточных напряжений. Остаточные напряжения в композициях имеют двоякую природу: термическую и механическую. Первые возникают из-за разницы коэффициентов линейного расширения компонентов в процессе охлаждения материала от температуры его получения или эксплуатации. Второй источник остаточных напряжений — неодинаковая пластичность компонентов. Напряжения этого рода возникают при таких уровнях деформации, когда один или оба из компонентов начинают деформироваться в различной степени. Фазовые превращения, сопровождающиеся объемными изменениями, также могут быть причиной появления остаточных напряжений.

Прессование с последующим спеканием для получения волокнистых композиционных материалов используется в тех случаях, когда волокна обладают высокой стабильностью в контакте с материалом матрицы при температурах, достаточных для спекания матриц. Во всех других случаях в процессе длительной выдержки спрессованной заготовки при высокой температуре, необходимой для уплотнения матрицы, одновременно происходит взаимодействие волокон с матрицей, приводящее к снижению свойств материала. Кроме того, как было показано Баски на материалах на основе никелевого сплава типа хастеллой, армированных волокнами вольфрама и молибдена, в результате различного температурного коэффициента линейного расширения компонентов происходит отслаивание матрицы от волокна в процессе охлаждения материала от температуры спекания до комнатной.

Термическое расширение. Помимо обычных факторов, определяющих свойства композиций, таких как природа и соотношение компонентов, распределение их и др., термическое расширение композиционного материала в значительной степени определяется наличием в нем остаточных напряжений. При охлаждении композиционного материала, получаемого обычно при высокой температуре, до комнатной, в нем возникают напряжения, обусловленные различием температурных коэффициентов линейного расширения компонентов. Например, в боралюминии при охлаждении его с температуры 500° С до комнатной матрица сжимается в от-

Примечания. 1. В первой графе в скобках указаны прежние марки термобиметалла. 2. Под коэффициентом чувствительности понимается условная разность коэффициентов теплового расширения компонентов термобиметалла. Коэффициент чувствительности является основной величиной при расчете термобиметаллической пластинки на изгиб. 3. Значения коэффициента чувствительности термобиметалла действительны в пределах температурных интервалов постоянства коэффициента чувствительности, указанных в таблице. 4. Под режимом работы .нагрева с нагрузкой' понимается режим работы пластинки (прямоугольной), один конец которой закреплен, а другой удерживается при помощи шарнира.

Микронапряжения являются следствием различия физических свойств компонентов поликристаллического тела, стесненных условий деформирования отдельных зерен, а также анизотропии их свойств. Особенно значительны микронапряжения при фазовых превращениях (кристаллизация и распад твердого раствора), так как при этом увеличение или уменьшение объема отдельных зерен сопровождается появлением значительных межзеренных напряжений. Вследствие различия коэффициентов линейного расширения компонентов сплава при его нагреве также возникают значительные микронапряжения.

лучить экспериментально, что обусловливается следующими причинами: 1) трудностями ориентации чешуек с обеспечением оптимального перекрывания ими друг друга; несколько неориентированных или контактирующих друг с другом чешуек могут действовать как очень эффективные концентраторы напряжений и резко снижать прочность; 2) хрупкостью полимерной матрицы; для того чтобы компенсировать различие в термических коэффициентах расширения компонентов и передать напряжения на чешуйки, необходимо, чтобы матрица была пластичной и обладала высокой адгезией к наполнителю.