Сдвиговые характеристики

создается моментом М. в узле колебаний. В результате ультразвуковых колебаний в тонких слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки.

Сложное упругонапряженное состояние металла приводит к пластической деформации, а рост ее — к сдвиговым деформациям, т. е. к смещению частей кристаллов относительно друг друга. Сдвиговые деформации происходят в зоне стружкообразования ABC, причем деформации начинаются по плоскости АВ и заканчиваются по плоскости АС, в которой завершается разрушение кристаллов, т. е. скалывается элементарный объем металла и образуется стружка. Далее процесс повторяется и образуется следующий элемент стружки.

Условно считают, что сдвиговые деформации происходят по плоскости 00, которую называют плоскостью сдвига. Она располагается примерно под углом 8 = 30° к направлению движения резца. Угол 9 называют углом сдвига. Наличие поверхности сдвига в процессе стружкообразования и положение ее в пространстве было установлено русскими учеными И. А. Тиме и К. А. Зворыкиным. Срезанный слой металла дополнительно деформируется вследствие трения стружди о переднюю поверхность инструмента. Структуры металла зоны ЛВС и стружки резко отличаются от структуры основного металла. В зоне ABC расположены деформированные

Таким образом, в результате ультразвуковых колебаний в тонких слоях контактирующих поверхностей создаются сдвиговые деформации, разрушающие поверхностные пленки. По мере разрушения пленок образуются узлы схватывания, приповерхностные слои металла нагреваются, немного размягчаются и под действием сжимающего усилия пластически деформируются, свариваемые поверхности сближаются до расстояния действия межатомных сил, возникает прочное сварное соединение.

Таким образом, продольные деформации е*„ измеряют непосредственно во время эксперимента, а поперечные и сдвиговые деформации вуи и ухук вычисляют по экспериментально определенным наблюдаемым деформациям с помощью соотношений (11.11).

В области возмущений разгрузки, как и в области возмущений нагрузки, напряженное состояние сложное, ему соответствуют объемные и сдвиговые деформации, поэтому волна возмущений разгрузки распространяется со скоростью

Вследствие симметричности матрицы сдвиговые деформации в поперечном к плоскости 2 3 направлении зависят от нормальных напряжений в этой плоскости. Взаимное влияние касательных напряжений и сдвиговых деформаций происходит также при возникновении их в плоскости основания тетраэдра и одной из ортогональных к ней плоскостей. Взаимовлияния сдвиговых характеристик, относящихся к двум поперечным к основанию тетраэдра плоскостям, не происходит, так как а~^. = О.'Таким образом, плос-

сдвиговые деформации ?~ и е~, по-

Для определения модулей и прочности при сдвиге существует гораздо больше типов образцов, чем для определения других свойств (см. работы [2, 149]). Одной из причин такого разнообразия является существование трех различных типов сдвигового нагружения: 1) сдвиг в плоскости, при котором сдвиговые деформации развиваются только в плоскости пластины из композита; 2) сдвиг или кручение, при котором поперечное сечение бруска или тонкой пластины из композита подвержено крутильным деформациям; 3) поперечный или межслойный (в случае слоистого композита) сдвиг, при котором пластина из композита подвергается сдвиговым деформациям в плоскости, перпендикулярной плоскости пластины.

При измерении необходимо устройство для точного определения крутящего момента и тензодатчики сопротивления для определения сдвиговых деформаций. Поскольку тензодатчиками сопротивления нельзя непосредственно измерить сдвиговые деформации, то датчик необходимо устанавливать под углом 45° к оси образца. По его показаниям, используя круг Мора, определяют сдвиговые деформации. Чтобы предотвратить разрушение образца в зоне крепления, рекомендуется использовать склейку с захватами на достаточно длинном участке снаружи и внутри трубы.

точно широкими в направлении у (перпендикулярно плоскости чертежа), так что можно считать, что материал находитсяв состоянии плоской деформации, т. е. поперечные линейные деформации и сдвиговые деформации уху и yyz полагаются равными нулю. В общем случае склеиваемые материалы могут быть либо орто-тропными (слоистые композиты) либо изотропными и могут иметь различную, но постоянную по длине толщину. Склеивающий слой предполагается изотропным и постоянной толщины, намного меньшей, чем толщина склеиваемых материалов. Склеиваемые материалы рассматриваются как плоские тонкие пластины, работающие на изгиб, т. е. нормальными напряжениями аг и сдвиговыми напряжениями тжг, tyz при рассмотрении напряженного состояния пренебрегают. Структура слоистых композитов считается симметричной относительно их срединной плоскости. Уравнения равновесия. Дифференциальные уравнения равновесия элемента клеевого соединения в единичную нахлестку могут быть записаны с использованием схем силового взаимодействия соединения, представленных на рис. 44 (предполагается, что соединение имеет единичную ширину в направлении у). Результирующие силы в направлении жиги моменты в плоскости xz для склеиваемых материалов / и 2 определяются следующими зависимостями:

Рассмотрим сначала сдвиговые характеристики материала в различных плоскостях. Значение модуля сдвига

териалов при указанных температурах сохраняются на высоком уровне (табл. 7.8), несмотря на то, что при этих температурах сдвиговые характеристики используемого связующего снижаются в 3—4 раза.

В ряде случаев существенное влияние на структуру и свойства оказывает термическая обработка композиционного материала, например в бор алюминиевой композиции, при использовании в качестве матрицы алюминиевых сплавов, предел прочности при растяжении в направлении поперек укладки волокон может быть увеличен в 2—3 раза за счет применения термической обработки. Прочность связи между компонентами и сдвиговые характеристики материалов, полученных сваркой взрывом или экструзией, могут быть улучшены в результате правильно выбранного режима отжига. Кроме того, термическая обработка может изменить структуру вследствие образования промежуточных фаз, положительное или отрицательное влияние которых на структуру и свойства следует учитывать.

Титан и титановые сплавы находят применение в качестве второй составляющей матрицы в композиционных материалах алюминий — борное волокно. В этих материалах титан, добавленный в виде слоев фольги в алюминиевую матрицу, значительно повышает прочность в поперечном направлении и сдвиговые характеристики боралюминиевого материала. При этом слои титана вводят таким образом, чтобы они были изолированы от борного волокна слоями алюминия. Это позволяет снизить температуру диффузионной сварки и предохранить борные волокна от взаимодействия с титаном, а значит и от разупрочнения.

Рассмотрим сначала сдвиговые характеристики материала в различных плоскостях. Значение модуля сдвига

териалов при указанных температурах сохраняются на высоком уровне (табл. 7.8), несмотря на то, что при этих температурах сдвиговые характеристики используемого связующего снижаются в 3—4 раза.

На основе стержней получают материалы, армированные в одном, двух, трех, четырех, пяти и более направлениях. Композиты с однонаправленным расположением волокон (ID) обычно используются в качестве модельных материалов при исследовании свойств и влияния взаимодействия между волокном и матрицей на прочностные и структурные характеристики композитов. Двумерноармированные материалы (2D) применяются, в основном, для производства элементов, представляющих собой тонкостенные изделия. Вследствие слоистой структуры, такие материалы имеют низкие сдвиговые характеристики. Были найдены способы увеличения межслойной прочности композитов [18]. Однако более эффективным методом является замена двумерноармированных материалов многомерно армированными. Для проектирования рациональной технологии изготовления УУКМ необходимо знать их предельные коэффициенты армирования. В работах Ю. М. Тернопольского с сотр. и А. Ф.Крегерса с сотр. исследовали возможность предельного наполнения пространственно-армированных материалов элементами круглого поперечного сечения. Предельные коэффициенты армирования для разных типов укладок арматуры даны в табл. 3.9. Наиболее плотную упаковку имеет однонаправленная гексагональная структура. Отклонение направленной укладки волокон от однонаправленой схемы суще-

В табл. 16.21 [26] и 16.22 [29] представлены результаты испытаний труб с различной ориентацией волокон под действием одноосного сжатия и растяжения, а также их сдвиговые характеристики при кручении и изгибе. Свойства промышленных труб, изготовленных по методу «Дростхолм», приведены в табл. 16.23 [27]. Этот метод основан на намотке непрерывными стеклянными стренгами только в окружном направлении. Рубленое стекловолокно используется лишь для продольной намотки. Полимерную композицию подбирают в зависимости от назначения изделий (канализационные системы, резервуары для хранения или напорные трубопроводы), соответственно варьируя свойства.

В связи с простотой принципов их производства пенонапол-ненные структуры используются уже больше 25 лет. Несмотря на это, исследователи продолжают изучать проблему их создания, используя различные виды смесей, получая более однородные структуры заполнителя и увеличивая прочность адгезии с металлическим или предварительно отвержденным стеклопластиковым покрытием. Используя систематический входной контроль, автоматическое смешение и оборудование для внесения пен, а в случае производства ответственных деталей в самолетостроении и контрольные испытания (приемочные), можно полностью контролировать всю технологическую схему получения композитов. Как видно из табл. 21.3, не для всех видов пенопластов приведены сдвиговые характеристики. Нет данных по целому ряду параметров, необходимых для конструирования. Эти данные должны быть еще определены для современных видов материалов, чтобы они могли быть надежно использованы. Обычно, когда не существует данных о пределе прочности на сдвиг, он может быть аппроксимирован по уровню 0,7 от известного предела прочности при сжатии.

Толщина. Сдвиговые характеристики и свойства заполнителя при сжатии могут быть корректно оценены только с учетом толщины сотовых заполнителей. Параметр эффективности толщины (см. рис, 21.5) позволяет прогнозировать поведение сандвиче-вого материала. Необходимо заметить, что корректно можно определить фактор толщины только с учетом свойств материала несущих пластин.

При определении качества продукции такие приборы градуируются по образцам, в которых дефекты отсутствуют. Для санд-вичевых конструкций качество адгезионных связей металла с металлом в плоскости растяжений определяет сдвиговые характеристики материала. Качество таких связей определяется по амплитуде колебаний на резонансной частоте (Л-шкала) и по затуханию максимальной амплитуды (Б-шкала).

Введение нитевидных кристаллов в межволоконное пространство— вискеризацию — производят осаждением нитевидных кристаллов на поверхность различных армирующих наполнителей или выращиванием их на углеродных волокнах в процессе химических реакций из газовой фазы. Вискеризация позволяет повысить сдвиговые характеристики полимерных композиций без ухудшения их свойств в направлении армирования. При увеличении объемного содержания нитевидных кристаллов на волокне до 4—8% Возрастают в 1,5—2 раза сдвиговая прочность материала и на 40—50% модуль упругости при сдвиге и прочность при сжатии.