Сдвиговое разрушение

где Ts0 — сдвиговое напряжение при О К; AF — энергия активации скольжения; YO — кинетическая константа (которая может взята равной 10е с-1 [31, 32]); k — постоянная Больцмана. б \ Линии

где п — число дислокаций в скоплении; т — приложенное сдвиговое напряжение; т0 — напряжение трения (сопротивление движению дислокации в плоскости скольжения).

нии т от вершины скопления (рис. 2.1 1), то сдвиговое напряжение на этом источнике может быть определено [103] по аналогии меж-Ду релаксацией напряжений у конца трещины и у вершины скопления выражением

а — радиальное напряжение 0ГГ/О^ ; б — сдвиговое напряжение агв/й^,; в — окружное напряжение в смоле OQQ/O^ . Модуль упругости волокна 42 000 кгс/мм3; модуль упругости матрицы 266 кгс/мм2.

Сдвиговое напряжение в сердцевине может быть рассчитано по уравнению

где SmB — предельное сдвиговое напряжение в матрице, а К1а можно определять по рис. 30, если Cf12 ^> Gml2.

в пределах которого сдвиговое напряжение постоянно, 012 = k. Распределение растягивающего напряжения 022 вдоль первого неразрушенного элемента перед кончиком трещины также показано на рис. 5. Заметим, что, если бы произошло расслоение между последним разрушенным листом и первым неразрушенным, хотя сокращение последнего разрушенного листа затруднено вследствие трения между этими двумя листами, получилось бы весьма похожее, но менее опасное распределение напряжения, поскольку нормальное напряжение ац растягивающее. Если бы, конечно, образовалась щель между этими двумя листами, то в зоне расслоения нагрузка не передавалась бы и распределение напряжения в первом неразрушенном листе было бы совсем другим и величина напряжения была бы существенно ниже. Оценка локальной концентрации напряжения для этого случая расслоения была сделана Ван-Дайком и Хеджепесом [36] на основе сдвигового анализа; они нашли, что коэффициент не превышает ~ 1,33.

т — сдвиговое напряжение вдоль поверхности раздела волокно— матрица, 00 — растягивающее напряжение в волокне на большом расстоянии от конца волокна, Gm — модуль сдвига матрицы, Ef — модуль Юнга волокна, rf — радиус волокна, гт — радиус окружающей матрицы (рис. 16), х — расстояние от конца волокна (рис. 16). Подобным же образом изменение растягивающего напряжения в волокне af соответствует закону

Если и матрица, и волокно упруги, неэффективная длина б есть константа, зависящая от геометрии и свойств материала. Если материал матрицы вязкоупругий, сдвиговое напряжение вдоль границы раздела волокно — матрица релаксирует во времени, вызывая понижение осевого напряжения в волокне около разорванного конца (рис. 18). Имея в виду определение неэффективной длины б, видим, что б — возрастающая функция времени, причем скорость роста б зависит от свойств матрицы. Модель разрушения строится с учетом того, что рост неэффективных длин происходит как рост числа элементов материала, которые считаются разрушенными. Такой подход приводит к статистическому определению времени до разрушения при данной нагрузке.

Модель для описания распределения напряжений в коротком волокне в условиях ползучести была предложена в [28] и приведена на рис. 32. В начале испытания на ползучесть, в момент приложения нагрузки, распределение напряжений в волокне схематически представлено кривой а. Линейная зависимость напряжения в волокне от расстояния, вероятно, есть хорошее первое приближение. В процессе испытания на ползучесть сдвиговое напряжение т в матрице вблизи волокна, передающее растягивающее напряжение, снижается за счет релаксации напряжений в матрице. При этом происходит и ползучесть матрицы. Наименьшее значение т в матрице вблизи волокна, которое может поддерживать в нем нагрузку, близко к распределению напряжений, схематически представленному на рис. 32 (кривая б). Уменьшение т при испытании на ползучесть приводит к тому, что распределение напряжений а заменяется распределением б, проходя через промежуточную стадию типа а'. Условие приложения к композиту постоянной нагрузки для всех трех распределений напряжений записывается в виде

« — группа дислокаций; Ъ — вектор Бюргерса; АА' — плоскость скола: т — сдвиговое напряжение, действующее в плоскости SA.

Полилов А. Н., Сдвиговое разрушение композитов около концентраторов напряжений, сб. «Влияние конструкции пластмассовых изделий на их эксплуатационные свойства», М., 1974.

Потенциальные возможности волокнистого композита в наибольшей степени проявляются при его нагружении в направлении волокон. В этом случае очень важен механизм передачи нагрузки от волокон к матрице и обратно. Существуют четыре возможных вида разрушения: (1) разрыв волокна, (2) сдвиговое разрушение на границе раздела, (3) разрыв по границе раздела от растяжения и (4) разрыв матрицы. Полный микромеханический анализ напряжений должен предсказывать вид разрушения в данном композите и определять оптимальные свойства компонентов композита.

2) Сдвиговое разрушение матрицы (промежуточные значения углов):

(шлав)—W при 1477 К [11]. а — разрушение по поверхности раздела при поперечном растяжении (90°); б — сдвиговое разрушение по поверхности раздела при растяжении под углом 45 к проволоке.

композита, полученного в этих условиях, свидетельствовали о слабой связи на поверхности раздела. Двуслойное покрытие Ti — Ni облегчало смачивание усов сапфира и существенно улучшало связь. Как следует из сравнения прочности композитов, армированных усами с покрытием и без него, в первом случае предел прочности выше (рис. 6). Характер разрушения композита также изменяется: в первом случае разрушение происходит по поверхности раздела и сопровождается вытягиванием волокон, во втором имеет место сдвиговое разрушение матрицы. Эти опыты показали возможность изготовления упрочненных усами металлических композитов с повышенным уровнем прочности.

Сдвиговое разрушение матрицы между волокнами и нарушение связи между компонентами могут возникать как независимо, так и совместно, т. е. часть материала разрушается за счет нарушения

Расслаивание, или сдвиговое разрушение матрицы

(д) сдвиговое разрушение и

а — выпучивание слоя или расщепление; б — сдвиговое разрушение (А — площадь поперечного сечения).

(б) сдвиговое разрушение матрицы;

(в)сдвиговое разрушение матрицы, расслаивание и (или) раздавливание волокон.