Конец - разрушенное волокно
Cтраница 1
Концы разрушенных волокон или перекрещивания волокон в матрице приводят к появлению дисконтинуума в композите, что в свою очередь вызывает примерно такие же возмущения непрерывности распределения напряжений, какие имеют место в области приложения внешней нагрузки. Этот вопрос рассмотрен ниже, в разд. [1]
В результате концы разрушенного волокна имеют самую причудливую форму. [2]
Концентрация напряжений у концов разрушенного волокна также может снижать эффективную прочность композиции. В композиционных материалах трещина, распространяющаяся в направлении, перпендикулярном приложенной растягивающей нагрузке, может быть остановлена на поверхности раздела волокно - матрица вследствие того, что максимальное напряжение у вершины трещины в матрице приблизительно равно пределу прочности матрицы и мало по сравнению с напряжением разрушения волокна. В связи с этим концентрация напряжений вокруг вершины трещины не приводит к нестабильному росту трещин в этой системе. Однако в системе титан - окись алюминия, где отношение прочности волокна к прочности матрицы 2: 1, такая концентрация напряжений у вершины трещин может сильно охрупчивать или ослаблять композицию. [3]
На этой стадии матрица передает на-грузку от концов разрушенного волокна к неразрушенным частям и течет вокруг открытых пор или трещин. Эта стадия обычно заканчивается разрушением композиционного материала. При достаточной пластичности матрицы и динамических нагрузках, связанных с многократными разрушениями волокна, не приводящих к катастрофическому разрушению, композиционный материал может остаться невредимым, если объемная доля волокна меньше критической величины. Четвертая стадия аналогична стадии деформации композиционного материала, содержащего прерывистые волокна. При наличии дискретяых волокон матрица передает нагрузку в результате развития сдвиговых напряжений на поверхность волокна вблизи разрушенных концов. [4]
Нагрузка, которая не поддерживается больше у концов разрушенного волокна, передается через матрицу на соседние волокна. Если разброс прочности волокон мал и волокна расположены близко друг к другу, дополнительная нагрузка, передаваемая на соседние волокна, может быть достаточной для их разрушения. Если этот процесс повторяется несколько раз, поперечное сечение материала в месте разрывов становится слишком слабым для сопротивления действующей нагрузке и происходит катастрофическое разрушение. В эпоксидных и полиэфирных стеклопластиках [83], а также в карбопластиках такой тип разрушения обычно не наблюдается. В этих случаях, очевидно, второе волокно не разрушается в той же самой плоскости, что и первое, так как возрастание напряжений рядом с местом разрушения первого волокна не обязательно совпадает с самым слабым местом второго волокна. Разрывы отдельных волокон сначала накапливаются по всему объему материала и только очень редко разрывы нескольких волокон объединяются. Происходит постепенное ослабление материала до тех пор, пока число разрывов волокон в любом сечении настолько понизит их эффективную объемную долю, что материал окончательно разрушится. Хотя в настоящее время предложен целый ряд статистических моделей разрушения реальных композиционных материалов, основанных на представлениях о слабейших связях, ни одна из них не дает удовлетворительных результатов по предсказанию их прочности. [6]
Область пластических сдвиговых деформаций матрицы может распространяться от концов разрушенного волокна как по его длине, так и в поперечных направлениях. [7]
 |
Однослойный образец, использованный Бау-сом 24 для изучения видов разрушения. [8] |
Разрушение полимерного связующего, распространяющееся перпендикулярно направлению армирования от концов разрушенных волокон в направлении к соседним. [9]
Рассмотрим двухпоясную модель ( см. рис. 21), когда в области, прилегающей к концам разрушенного волокна, 70 1 7г а все остальные сдвиговые деформации 7i 2 7i э 72 з 72 4 7тч в то же время на некотором удалении от конца, на расстоянии ZT, все сдвиговые деформации упругие. [10]
 |
Расчетная схема пучка волокон, взаимодействующих по боковым поверхностям. [11] |
Длина / 0 - характерный размер зоны разрушения, который не совпадает с длиной краевого эффекта, возникающего вблнзи конца разрушенного волокна. Предполагается, что процесс разрушения имеет две стадии. [12]
Микроструктурный анализ показал [65], что при разрушении волокна возможно расслоение вдоль волокна на длину, во много раз превышающую диаметр волокна, что уменьшает эффективность армирования; наблюдалось разрушение полимерного связующего от концов разрушенных волокон в направлении к соседним. При достижении трещиной соседних волокон наблюдается отслаивание связующего у этих волокон, которое распространяется до участка волокна с разрушением или локализуется. Возможно также и разрушение волокон вследствие концентрации напряжений в вершине трещины. [13]
Поскольку разрушение волокон не происходит в одном и том же поперечном сечении, среднее напряжение в неразрушенных волокнах не должно значительно превышать номинальное напряжение, подсчитанное по площади поперечного сечения всех волокон. Это предположение оказывается справедливым даже при учете концентрации напряжения по концам разрушенных волокон. Для того чтобы разрушение одного волокна не вызывало прогрессивного разрушения окружающих волокон, необходимо, чтобы волокна, окружающие место разрушения, выдерживали на коротких участках это небольшое повышение напряжения. В то же время очевидно, что прогрессивное разрушение волокон, начинающееся от одного разрушенного волокна, снижает номинальную прочность композиции. [14]
Поскольку разрушение волокон не происходит в одном и том же поперечном сечении, среднее напряжение в неразрушенных волокнах не должно значительно превышать номинальное напряжение, подсчитанное по площади поперечного сечения всех волокон. Это предположение оказывается справедливым даже при учете концентрации напряжений по концам разрушенных волокон. [15]
Страницы: 1 2