Растяжении материала

62. Поляков и. А., Жигуи И. Г. Оценка зоны возмущенного напряженного состояния при растяжении композитов. 1. Расчет напряжений. — Механика полимеров, 1978, № 6, с 1097— 1103.

Для группы образцов с более прочной матрицей Ш5А отжиг при 811 К в течение 1500 ч не привел к заметному снижению прочности при растяжении. Значит, композит Ti75A—В стабилен при температуре 811 К в течение, по меньшей мере, указанного времени, а возможно, и дольше, так как толщина слоя диборида в этом случае составила всего 0,28 мкм. Кроме того, полученные результаты показывают, что для более прочной матрицы TJ75A допустимо более интенсивное химическое взаимодействие, чем для менее прочной Ti40A. Этот вывод был проверен при весьма тщательном испытании партии образцов, которое показало уменьшение прочности при растяжении после термической обработки (1033 К, 43 ч), приводящей, согласно расчету, к образованию слоя диборида толщиной 0,53 мкм (по экспериментальным данным истинная толщина слоя диборида в этой партии образцов составила в среднем 0,59 мкм). Отметим, что прочность при растяжении композитов с менее прочной матрицей TI40A начинает уменьшаться при толщине слоя диборида около 0,4 мкм (рис. 11).

рактеристики его деформации разрушения приведены на рис. 16. И здесь наблюдаются три отмеченных выше эффекта, а именно, инкубационный период перед разупрочнением, рост деформации разрушения в течение этого инкубационного периода и более низкое плато по завершении разупрочнения. Рост прочности сопровождается ростом деформации разрушения, тогда как в композите с 25% В прочность практически постоянна,. Прочность при растяжении композитов с 45% В составляет после изготовления 128 кГ/мм2 и увеличивается после отжига продолжительностью 10—40 мин при 778 К приблизительно до 151 кГ/мм2. Напротив, в композите с 25% В отжиг при 778 К в течение 30 мин приводит к повышению прочности с 58 кГ/мм2 всего до 60 кГ/мм2.

Для оценки поведения при растяжении композитов с металлической матрицей, армированных непрерывными волокнами, Мак-Дэйнелс и др. [55], исходя из аддитивности свойств отдельных компонентов, сделали следующие предположения:

Испытания на длительную прочность композитов с металлической матрицей, армированной волокнами бора, очень ограничены. В работе [66] осуществлены некоторые эксперименты на ползучесть и длительную прочность при растяжении композитов, изготовленных из алюминия 6061, армированного волокнами бора,

содержания армирующего вещества, а меньший размер проволоки способствует несколько большей несущей способности. При испытаниях с высокой скоростью деформации существует оптимальное объемное содержание армирующего вещества — около 25%. Самый мелкий размер проволоки дает наибольшую прочность, но наибольший размер проволоки не показывает наименьшей прочности. Имеется еще несколько статей по исследованию влияния скорости на поведение при растяжении композитов с полимерной матрицей, армированной стеклотканью или короткими стекловолокнами. Одна из них [37] — исследование влияния скорости (и температуры) на поведение при растяжении полиэфирного композита, армированного стеклотканью 181. Измерены прочность при растяжении, деформация и модуль при восьми скоростях деформации, так что времена до разрушения менялись от 6,7-105 до 9,8 мс. Наблюдалось существенное увеличение прочности и значений деформации (см. табл. IV).

теория, в частности, способна объяснить плавный переход в пластическое состояние и указать прочность при растяжении композитов «пластичная матрица — пластичные волокна» с объемным •содержанием волокон, близким к критическому.

Рис. 7.6. Влияние температуры на предел прочности при растяжении композитов, армированных стекловолокном. — О— композит из полиэфирной смолы и стеклоткани из ровницы; —в— композит из полиэфирной смолы и стеклоткани с атлвсным переплетением; —Д— композит из полиэфирной смолы и стеклоткани с полотняным переплетением.

62. Поляков и. А., Жигуи И. Г. Оценка зоны возмущенного напряженного состояния при растяжении композитов. 1. Расчет напряжений. — Механика полимеров, 1978, № 6, с 1097— 1103.

Расширение производства и исследований в области создания волокнистых композиционных материалов с металлической матрицей потребовало создания специальных методов испытания этих материалов. Метод ASTM D3552-77 описывает стандартные методы испытаний для определения механических свойств при растяжении композитов с металлической матрицей, армированных как непрерывными, так и короткими волокнами. Метод применяется при испытаниях как в направлении оси армирования, так и перпендикулярно ей. Метод ASTM D3553-76 (Определение содержания волокна в композитах с металлической матрицей методом удаления последней) описывает метод химического удаления (растворение в кислоте, тип которой зависит от типа металла матрицы) металлической матрицы. Образец взвешивается до химического воздействия на него. Волокно, оставшееся после растворения матрицы, отфильтровывается, промывается и сушится. Взвешиванием волокна определяется его содержание в композите. ''

СВКМ уменьшение прочности составляет 10 ... 15 %. Меньшие потери можно ожидать при использовании эпоксидных СП, в то время как вредное воздействие воды может отчетливо проявляться в композитах, в которых использован неравномерно аппретированный армирующий агент, матрица неполностью отверждена или содержит слишком много пустот. На предел прочности при растяжении композитов вода влияет не столь существенно, как на свойства, определяемые вероятными границами раздела фаз (например, на пределы прочности при сжатии, изгибе и сдвиге). Важность водостойкости СВКМ, используемых в судостроении, привела к тому, что в технических требованиях к таким материалам установлен допустимый предел снижения показателей после выдержки в воде. Эти данные приведены в табл. 27.1, в которую включены требования по прочности и жесткости после кипячения в воде в течение 2 ч. Такой подход используется в качестве ускоренного метода определения влияния длительной выдержки в воде, практически эквивалентной месячной, для композитов на основе полиэфирных смол. В то время как эти испытания могут дать определенную полезную информацию, полученные таким образом данные должны быть рассмотрены очень тщательно, особенно в тех случаях, когда эти методы используются для СВКМ, отверждаемых при комнатной температуре, так как при температуре кипящей воды может произойти дальнейшее отверждение связующего, ускоряющее разрушение композита в воде. В таких случаях рекомендуется сравнивать показатели во влажных условиях (двухчасовое кипячение) со свойствами материала в полностью отвержденном состоянии или выдержанного в сушильном шкафу в течение 2 ч при 100 °С.

где o.j — предел выносливости при растяжении материала гладкого образца:

где /4НСТТО — площадь детали в on сном сечении с учетом ослабления ее отверстиями; S и b — толщина и ширина листа; d — диаметр отверстия под заклепк у, равен диаметру стержня заклепки; z — число, заклепок в одном ряду; [а р] — допускаемое напряжение при растяжении материала деталей. Отсюда требуемая площадь сечения детали

Повышение прочности арматуры при сохранении одинаковой их жесткости способствует увеличению прочности при растяжении материала. Наглядное подтверждение этому дает сравнение расчетных значений прочности материалов C-II-17-57 и C-V-17-52 со значениями прочностей материалов C-I-19-55 и С-П-12п-49 (см. табл. 4.13). Используемая прочность арматуры для первых двух типов материалов была значительно выше, чем для последних.

Материалы на основе матрицы ФН обладают большей пористостью по сравнению с материалами на основе эпоксидной матрицы ЭДТ-10. Наличие высокой пористости в материале оказывает заметное влияние на характер его кривых деформирования при растяжении (рис. 5.18). Большая пористость порождает подвижность армирующего каркаса и создает нелинейность кривой деформирования а (Е). Начало отклонения кривой от прямолинейности наступает при напряжениях (0,5—0,6) R (R — прочность при растяжении материала). Для материалов с матрицей ЭДТ-10 изменение линейного участка кривой деформирования начинается при напряжениях, близких к разруша--ющим. Влияния типа матрицы на

где o_i — предел выносливости при растяжении материала гладкого образца:

Приближение к указанной критической частоте (iff нагружения по мере ее возрастания сопровождается противоположными процессами по своему влиянию на рост трещин. С возрастанием частоты материал не успевает в полной мере релакси-ровать поступающую энергию к кончику трещины за счет процессов пластической деформации в связи с приближением к скорости движения дислокаций и избыток поступающей энергии будет релак-сирован за счет создания свободной поверхности квазихрупко. Движение трещины в момент ее скачкообразного подрастания в цикле нагружения не будет заторможено за счет пластической релаксации, и поэтому ее скорость будет близка к скорости распространения статической, хрупкой трещины при монотонном растяжении материала. Следует ожидать влияние на скорость роста трещины охрупчивания материала из-за резкого снижения возможности пластической релаксации поступающей энергии по мере нарастания частоты нагружения в две стадии. Первоначально возрастание частоты нагружения приводит к снижению размера зоны пластической деформации при прочих равных условиях, что и объясняет основной эффект ее влияния на снижение скорости роста трещины [1]. Результаты выполненных испытаний жаропрочного сплава In 718 на образцах толщиной 11 мм при нагреве до температуры 923 К и асимметрии цикла 0,1 приведены на рис. 7.1. Чередование частот приложения нагрузки приводит к тому, что взаимное влияние условий роста трещины при плоской деформации и плосконапряженном состоянии снижает скорость роста трещины при низкой частоте нагружения по сравнению с монотонным процессом неизменно низкочастотного нагружения.

ситуация может соответствовать нагружению ЗК в составе редукторов. Однако принципиальное различие в нагружении дисков и ЗК заключается в том, что динамическая нагрузка дисков от их вращения повреждает материал в области малоцикловой усталости, а ЗК работают в области многоцикловой усталости повторяющегося ПЦН. Низкая напряженность ЗК в результате их двухосного растяжения не должна порождать усталостные трещины, которые могут возникать от появляющихся в колесе на стадии производства несплошностей или повреждений в эксплуатации. Старт трещин связан с размерами несплошности, которые могут превышать критическую величину для существующего уровня эквивалентного напряжения при двухосном растяжении материала в зоне расположения дефекта, что соответствует достижению или превышению порогового коэффициента интенсивности напряжения для данного материала.

Рис. 6. Типичные диаграммы деформирования композиционного материала на основе борных волокон и эпоксидного связующего (Т = 25° С) при: а — продольном (1) и поперечном (2) растяжении (соответственно Е = = 21 050 кгс/мм2 и Е = 2180 кгс/мм2) однонаправленного слоя; б — продольном (1) и поперечном (2) сжатии (соответственно Е = 23 700 кгс/мм2 и Е = 2320 кгс/мм2) однонаправленного слоя; в — растяжении материала, армированного под углами ±45° (Е = 2100 кгс/мм2, предел прочности 150 кгс/мм2)

В присутствии циклоалифатического эпоксидного F-силана способность гидратированной окиси алюминия к упрочнению эпоксидных композитов резко возрастает [40]. Применение смеси смол ERRA-4090 и ERL-4221, взятых в соотношении 50/50, и гидратированной окиси алюминия, обработанной одной частью F-силана, позволяет увеличить прочность при растяжении материала более чем на 60%, а относительное удлинение — более чем на 100%. Ударная вязкость, измеренная как площадь под кривой нагрузка—-относительная деформация, повышается более чем на 300%. Установлено, что силан способствует улучшению эрозионной стойкости композита с сохранением его дугостойкости (табл. 12). В других исследованиях показано, что и алифатический эпоксидный G-силан эффективен в электроизоляционных композитах.

Теперь рассмотрим условия распространения трещины, перпендикулярной направлению нагружения (поперечной). На рис. 2.34,6 показаны изменения концентрации напряжений CTSCFM и соответствующие им средние растягивающие напряжения в композите вдали от надреза в зависимости от изменения его сдвиговых свойств. У материала А начальная величина перенапряжения порядка 1000 Н/мм2, а прочность при статическом растяжении материала с надрезом

Обычно первую связывают с именем Г. Галилея. Многочисленные опыты показывают что эта теория не отражает действительного характера поведения материала. В случае 0г = — стэ, 03 = 0, т. е. в условиях чистого сдвига, который удается наблюдать при кручении тонкостенной круглой трубы, обсуждаемая теория (если материал находится в пластичном состоянии) переоценивает возможности материала. Если же 0 ^ 0, Зг сг2 :& <т3, т. е. при трехосном сжатии эта теория недооценивает возможности материала1). Лишь в очень редких ситуациях эта теория дает удовлетворительный результат, например: при чистом сдвиге, в условиях хрупкого состояния материала; при трехосном растяжении материала, находящегося в хрупком состоянии. Коль скоро те редкие случаи, в которых первая теория верна, относятся к случаям хрупкого разрушения, уместно эту теорию называть теорией прочности, а критерий (8. 2) — критерием прочности.