Податливая матрица
Cтраница 1
Податливая матрица, заполняющая межволокнистое пространство, обеспечивает совместную работу отдельных волокон за счет собственной жесткости и взаимодействия, существующего на границе раздела матрица - волокно. Следовательно, механические свойства композита определяются тремя основными параметрами: высокой прочностью армирующих волокон, жесткостью матрицы и прочностью связи на границе матрица - волокно. Соотношения этих параметров характеризуют весь комплекс механических свойств материала и механизм его разрушения. Работоспособность композита обеспечивается как правильным выбором исходных компонентов, так и рациональной технологией производства, обеспечивающей прочную связь между компонентами при сохранении первоначальных свойств. [1]
Слоистые материалы могут быть получены путем армирования податливой матрицы пленками, неткаными волокнами или нитями, а также тканью. При армировании волокнами, а также нитями или тканями появляется возможность создания композита и с другими видами анизотропии. [2]
В современных силовых конструкциях чаще всего применяют волокнистые композиционные материалы, представляющие сравнительно податливую матрицу, армированную высокопрочными и высокомодульными волокнами. Именно из таких композиционных материалов методами непрерывной намотки или укладки создаются типичные элементы силовых конструкций - многослойные оболочки и панели, расчету которых посвящена книга. [3]
Стремление сочетать легкость с прочностью и жесткостью в заданных направлениях привлекло внимание к идее армирования податливой матрицы различными волокнами. Первыми практически освоенными материалами типа податливая матрица непрерывные армирующие волокна явились стеклопластики. В настоящее время армированные пластики ( стекло -, асбо -, боро-и углепластики) широко используются в различных областях техники, причем их доля в общем балансе всех синтетических материалов непрерывно увеличивается. [4]
В последние годы работами многих ученых было показано [7, 10, 31, 52-54], что решение этой проблемы возможно лишь на основе исследования напряженно-деформированного состояния и устойчивости армированной системы с учетом особенностей стеклопластиков, обусловленных податливой матрицей и существенной неоднородностью материала, прочностные и деформативные свойства которого не являются детерминированными. Развитием такого подхода явилось предложение о введении понятия сплошности композита [55, 56], которое предполагает сплошность всех компонентов, отсутствие нарушений связи по границам их соприкосновения и однородность всей системы в целом. Стеклопластик рассматривается как сплошное тело, если потеря его прочности происходит вследствие нарушения сплошности армирующих элементов при достижении в них предельных напряжений. Необходимость введения понятия сплошности композита связана с тем, что для расчета конструкций из стеклопластика применяется клас-сичес. [5]
Жесткие армирующие волокна воспринимают основные напряжения, возникающие в композиции при нагружении, придавая ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон. Податливая матрица, заполняющая межволоконное пространство, передает напряжения отдельным волокнам благодаря касательным напряжениям, действующим вдоль границы раздела волокно-матрица, и воспринимает напряжения, действующие в направлении, отличном от ориентации волокон. [6]
Стремление сочетать легкость с прочностью и жесткостью в заданных направлениях привлекло внимание к идее армирования податливой матрицы различными волокнами. Первыми практически освоенными материалами типа податливая матрица непрерывные армирующие волокна явились стеклопластики. В настоящее время армированные пластики ( стекло -, асбо -, боро-и углепластики) широко используются в различных областях техники, причем их доля в общем балансе всех синтетических материалов непрерывно увеличивается. [7]
Уравнения ( 2) - ( 4) довольно грубо аппроксимируют прочность слоя, однако они показывают влияние различных характеристик на прочность композита. Например, из уравнения ( 3) видно, что разрушающее напряжение относительно податливой матрицы можно повысить в несколько раз при добавлении небольшого количества очень прочных волокон. Уравнение ( 4) широко применялось при конструировании сосудов давления, изготавливаемых путем намотки волокон [64, 73]; в [7.1] обосновано применение уравнения ( 4) для намотанных из стекловолокон сосудов давления под воздействием внутреннего давления после растрескивания смолы. [8]
Его результаты показали, что микровыпучивание волокон может возникнуть лишь при сравнительно, податливой матрице ( Gm 10 000 фунт / дюйм2); композиты с более жесткой матрицей ( Gm 100 000 фунт / дюйм2) теряют прочность из-за разрушения волокон. На рис. 27 проиллюстрированы эти виды разрушения. [9]
В течение долгого времени основным механизмом разрушения однонаправленных композитов при сжатии вдоль волокон считали местную потерю устойчивости волокон, вслед за которой происходят разрушение волокон и растрескивание матрицы. Различными способами было показано, что разрушающие напряжения должны иметь порядок модуля сдвига матрицы или ( для достаточно податливой матрицы) порядок модуля сдвига композита. [10]
Это действительно имеет место. Суть дела состоит в том, что наполнитель либо увеличивает шероховатость поверхности и, следовательно, Y в хрупкой матрице, особенно если адгезия матрицы к наполнителю плохая, либо препятствует пластической деформации в податливой матрице. Такие эффекты не учитываются простым соотношением Нильсена ( см. разд. Такие конкурирующие факторы перечислены в табл. 12.3 для системы стеклянные шарики - эпоксидная смола [222], хотя они могут быть распространены и на другие системы. [12]
Среди армированных пластиков, механические испытания которых рассматриваются в справочном пособии, особое место занимают стеклопластики с волокнистой, слоистой и пространственно-сшитой структурой. На основе опыта испытания именно этих материалов написана книга. Многочисленные экспериментальные и теоретические работы посвящены использованию в качестве податливой матрицы легких металлов. Имевшийся опыт испытания высокомодульных материалов был только затронут в первом варианте книги. [13]
Все перечисленные особенности свойств относятся к композитам с волокнистой и слоистой структурой. Дополнительные трудности возникают при испытаниях пространственно-армированных композитов, у которых поперечная связь обеспечивается жестким каркасом вместо податливой матрицы. [14]
Страницы: 1