Сдвиговой деформации

в каждом из остальных направлений, его сдвиговая прочность в плоскости z почти в 2 раза ниже, чем в плоскости ху. Стеклопластик типа 1 имел в плоскости хг технологические дефекты — искривления волокон направления z и наклон их к плоскости ху (см. рис. 5.19), поэтому характеристики сдвига в плоскости оказались высокими.

Межслойная сдвиговая прочность композиционных материалов, изготовленных на основе вискеризованных волокон, как и характеристики в направлении армирования, в значительной степени определяется свойствами волокон. Это следует из табл. 7.6, где приведены свойства при изгибе эпоксидных и полиамидных углепластиков на основе волокон Модмор I и Торнел 50, вискеризованных нитевидными кристаллами одного типа. Сдвиговая прочность углепластиков на основе полиамидных связующих существенно ниже, чем на основе эпоксидных.

Ромштад [157] оценил возможность использования двух типов гладких образцов (рис. 25, а, б) и нескольких типов образцов с надрезами (рис. 25, в—ж) для исследования сдвиговых свойств однонаправленного стеклопластика. Он получил хорошее согласование результатов но прочности между гладкими образцами с одной и с двумя плоскостями среза только в случае, когда эти плоскости направлены вдоль волокон. Разнообразие типов образцов с надрезами объясняется невозможностью точного определения параметров надреза для получения достаточно точных значений измеряемой сдвиговой прочности. Ромштад заключил, что измеряемая на образцах сдвиговая прочность была ниже, чем прочность, определяемая в условиях чистого сдвига.

конструктивных элементов из композитов» (гл. 2, т. 7). Поэтому здесь уместно упомянуть лишь о двух фактах, относящихся к однонаправленным композитам; 1) сдвиговая прочность считается отдельной характеристикой материала, зависящей от знака касательных напряжений, т. е. от направления их действия (см. работу [1361); 2) большинство критериев, удовлетворительно описывающих прочность при двухосном напряженном состоянии, получены при испытании на одноосное нагружение под углом к осям анизотропии.

Рис. 37. Сдвиговая прочность склейки тв в соединении (описание эксперимента дано на рис. 36): 1 — верхний предел разброса данных; 2 — среднее; 3 — нижний предел разброса данных

Купер и Келли {6] выделили среди механических свойств композитов те, которые зависят от прочности поверхности раздела при растяжении а,-, и те, которые зависят от сдвиговой прочности т,-. Они пришли к выводу, что для условий продольного растягивающего нагружения прочность поверхности раздела при растяжении не критична, а сдвиговая прочность поверхности раздела определяет следующие свойства:

где d — диаметр волокна, сгв — прочность волокна, а п—• сдвиговая прочность поверхности раздела. Критическая длина уменьшается с ростом ^прочности поверхности раздела и достигает минимума, когда сдвиговая прочность поверхности раздела становится равной сдвиговой прочности матрицы (если не учитывать различия в размерах области, охваченной сдвигом при разрушении по поверхности раздела и при разрушении в матрице на малом расстоянии от поверхности раздела). Длина 'передачи нагрузки влияет на такие характеристики разрушения композитов с короткими волокнами, как вытягивание волокна, энергия разрушения и характер распространения трещины. Короткие волокна могут возникать при разрушении непрерывных волокон или присутствовать в исходной структуре композита.

Здесь 0г— прочность композита в продольном направлении (т. е. при 0=0°), тм — сдвиговая прочность матрицы, а 0М — прочность матрицы при растяжении в стесненных условиях. Аналогичный набор уравнений может быть получен и для деформации разрушения [22]. Общий вид зависимости ак от 0, согласно теориям предела прочности и предельной деформации, приведен на рис. 1.

Рис. 16. Влияние предварительного отжига при 1477 К. на прочность композита Nb (сплав)—24% W при 1477 К и различных углах ориентации проволоки относительно направления нагружения [11]. • поперечная прочность (90°); О сдвиговая прочность (45°).

На основе результатов испытаний композитов с полиэфирной матрицей, армированных направленно расположенными углеродными волокнами, Харрис и др. [14] пришли к выводу, что 4/s энергии разрушения расходуется на вытягивание волокон. В этих экспериментах поверхность волокон подвергали различным видам обработки, изменявшим прочность связи (последнюю оценивали косвенно — по величине прочности при межслоевом сдвиге). В случае наименее прочной поверхности раздела (минимальная сдвиговая прочность) волокна вытягивались на большую длину и энергия разрушения была выше. Аналогичные результаты были получены для композитов с эпоксидной матрицей, армированных углеродным, волокном [2, 42]. Фитц-Рендольф и др. [10], исследовавшие бор-эпоксидные композиты, заключили, что значительный вклад в работу разрушения вносит и энергия разрушения волокна, и работа вытягивания разрушенных волокон из эпоксидной матрицы, no-мнению Меткалфа и Кляйна [27], при данной прочности волокон с ростом коэффициента ее вариации усиливается тенденция к разрушению волокон в точках, далеко отстоящих друг от друга, что* должно привести к увеличению вязкости разрушения (рис. 11).

На рис. 16 показаны образцы, которые используются для непосредственного определения прочности сцепления волокна и смолы при сдвиге и при отрыве по поверхности раздела. Образец для определения прочности сцепления имеет постоянное поперечное сечение, а образец для определения прочности сцепления при отрыве — уменьшенное поперечное сечение. Браутман [ill] использовал эти модели для измерения прочности сцепления в эпоксидных боролластиках. Он обнаружил, что 'прочность сцепления при отрыве составляет примерно 0,66 кгс/мад2, а сдвиговая прочность — около 5,6 иге/мм2, т. е. в 10 раз больше.

ванных сталей. При условии W^>WM происходит полное мер-тенситное превращение, при Шб/5>оУМ1 — частичное мартенсит-ное в оставшейся части аустенита после других более высокотемпературных превращений. Превращение бездиффузионно и происходит при переохлаждении аустенита до температур, при которых диффузионные перемещения атомов железа практически прекращаются, а углерода существенно замедляются. Оно начинается и заканчивается при постоянных для сталей данного состава температурах Тк.нТи.к, не зависящих от скорости охлаждения. Превращение протекает по сдвиговому механизму. Мартенситные пластины образуются вдоль плотноупакованных октаэдрических плоскостей ГЦК решетки аустенита, которые наиболее близки по атомному строению к плоскостям с максимальной упаковкой в ОЦК решетке мартенсита. В результате кратчайших кооперативных атомных смешений (эквивалентных сдвиговой деформации) ГЦК решетки аустенита превращаются в объемно-центрированные тетрагональные решетки мартенсита. Превращение мартенсита не сопровождается выделением углерода из твердого раствора, который после превращения становится пересыщенным. Атомы углерода, расположенные в аустените в сравнительно свободных пустотах вдоль ребер ГЦК. решетки, оказываются на гранях ОЦК решетки. Они препятствуют сдвиговой деформации при превращении, в результате чего тетрагональная решетка мартенсита искажается. Чем выше содержание углерода, тем больше тетрагональность решетки. Твердость мартенсита определяется содержанием углерода в стали и практически не зависит от содержания легирующих элементов (13.23). Мартенситное превращение аустенита не бывает полным — в структуре всегда остается от 2 до 10% остаточного аустенита (Л0).

4 Критерии энергии сдвиговой деформации (критерии Мизеса и Генки) - предполагают, что конструкция выходит и^ строя, если энергия сдвиговой деформации в сложном напряженном со^лоянии равна энергии деформации при одноосном растяжении. <

Изменение электросопротивления Др с увеличением степени сдвиговой деформации у описывается эмпирической формулой

носительного сопротивления кристаллов, двум типам сдвиговой деформации. Велика анизотропия в меди, цинке, аустенитной (нержавеющей) стали. Мала упругая анизотропия в вольфраме, алюминии. Альфа-железо и углеродистую сталь относят к промежуточным материалам по величине упругой анизотропии и рассеяния.

— скорость распространения возмущений сдвига. Формула (1.4.10') показывает, что волна нагрузки расширения образуется в результате интерференции волны возмущений объемной деформации и волны возмущений сдвиговой деформации.

Следовательно, v° — скорость распространения волны нагрузки сдвиговой деформации. Если тело вязкоупругое, то из физических соотношений, справедливых для фиктивного тела, получим зависимость

При R (t, т) = 0 имеем v° = асд, следовательно, и в этом случае и° — скорость распространения волны нагрузки сдвиговой деформации.

4 Критерии энергии сдвиговой деформации (критерии Мизеса и Генки) - предполагают, что конструкция выходит из строя, если энергия сдвиговой деформации в сложном напряженном состоянии равна энергии деформации при одноосном растяжении.

Изменение электросопротивления Др с увеличением степени сдвиговой деформации у описывается эмпирической формулой

единичный куб; деформацию куба находят суммированием деформаций всех прямоугольных параллелепипедов. Разбивку куба на отдельные параллелепипеды осуществляют с помощью сечений плоскостями, перпендикулярными осям i и / и проходящими через граничные точки отрезков Р;, Ру. Вклад сдвиговой деформации каждого из девяти полученных таким образом параллелепипедов в деформацию сдвига составного единичного куба пропорционален модулю сдвига материала. Сдвиговую деформацию составного .параллелепипеда определяют по методу Фойгта. В этом случае принимают равенство деформаций в смежных частях параллелепипеда, а напряжения вдоль оси k распределяют пропорционально жесткости каждой части.

Скорость сдвиговой деформации при этом