Cтраница 2
Известны работы [7.10], в которых изложены результаты исследований изменения прочности слоистого композита из полиэфирной смолы и стеклоткани из ровницы при нахождении этих материалов в пресной и морской воде. Причины этого падения могут быть самыми разнообразными. В частности, в [7.11], а также в [7.10] указано, что на прочность композита существенное влияние может оказывать пропитывание материала водой. Проведение испытаний на усталостный изгиб в воде показало, что вода оказывает значительное влияние на снижение усталостной прочности. На рис. 7.10 в качестве примера приведены некоторые результаты экспериментальных исследований влияния времени пребывания в воде на предел прочности при изгибе. Самжин и Уилльямс [7.12] сопоставили результаты исследования на усталость в воздухе и воде эпоксидной смолы, армированной в одном направлении углеродным волокном. Результаты этого исследования представлены на рис. 7.11. Видно, что в воде усталостная прочность композита оказывается ниже. [16]
Из уравнений ( 40) и ( 37) непосредственно видно, что прочность слоистого композита определяется только площадью поперечного. [17]
Упрощенное выражение для прочности слоистого композита ( соотношение ( 46)) пригодно для исследования влияния разброса характеристик элементов на прочность слоистого композита. Рассмотрим идеальный непрерывный процесс производства упрочняющих элементов, например стеклянных лент или волокон, при котором продукция имеет очень высокую прочность и малый разброс. [18]
Для полноты картины и использования в дальнейшем при обработке экспериментальных данных ниже приведен краткий обзор наиболее часто встречающихся подходов при предсказании прочности слоистых композитов. [19]
Уравнение ( 41) после интегрирования имеет форму уравнения ( 7) j описывающего масштабный эффект для хрупкого материала, с тем лишь отличием, что прочность слоистого композита зависит от его площади поперечного сечения, а не от площади поверхности. [20]
Следуя Скопу и Аргону [32], мы идеализируем слоистый композит в виде композита, состоящего просто из N параллельных армирующих элементов без матрицы между ними, но при этом, конечно, нужно помнить об осуществляемой матрицей межслоевой передаче усилий между армирующими элементами. В этой модели вычисленная любым методом прочность слоистого композита на 100 % определяется армированием, и действительная прочность композита может быть найдена умножением на объемную долю армирующей фазы. [21]
Обсудив несущую способность однонаправленного волокнистого композита при действии различных напряжений, логично перейти к вопросам оценки несущей способности слоистого композита, составленного из однонаправленных слоев. Возможны два подхода к определению критерия прочности слоистого композита: один основан на вычислении микронапряжений ( напряжений в компонентах) материала, второй рассматривает однонаправленный волокнистый композит как однородный анизотропный материал. Нелишне повторить, что в слоистом композите однонаправленные слои будут находиться в сложном напряженном состоянии и в том случае, когда композит в целом нагружен только в одном направлении. Подобный эффект является следствием взаимодействия между различно ориентированными слоями. Поэтому так важно знать прочностные характеристики однонаправленного волокнистого композита не только в условиях простого, но и сложного напряженного состояния. Есть основание предполагать, что разрушению слоистого композита в целом в условиях плоского напряженного состояния предшествует разрушение одного или нескольких составляющих композит однонаправленных слоев. [22]
Вследствие этого полученные Скопом и Аргоном выводы относительно прочностей слоистых композитов с упругой и пластичной матрицами следует признать ошибочными. [23]
Прочность слоистого композита, состоящего из N параллельных армирующих слоев постоянной ширины w, которые связаны друг с другом межслоевыми усилиями, зависящими от характеристик матрицы, определяемая по формуле ( 30), будет в общем случае зависеть от числа параллельных армирующих элементов. Заметим, что, как уже обсуждалось выше, при такой идеализации матричная фаза не несет нагрузки, но межслоевые взаимодействия сохраняются. Следовательно, в данном выше утверждении никак не затрагивается объемная доля упрочняющей фазы, но отмечается, что прочность слоистого композита зависит от числа отрезков, по которым проходит каскад разрушения, и от числа мест, из которых начинается разрушение. [24]
Как было рассмотрено выше, для слоистых композитов, составленных из упрочняющих элементов с показателем распределения дефектов т, колеблющимся от 6 до 10, максимальная прочность достигается, когда число элементов измеряется только в сотнях С увеличением размера за этот предел значения равномерно, но относительно медленно падают - грубо на 10 % при увеличении размера вдвое. Как видно из табл. IV, для слоистых композитов с максимальной прочностью при докритическом росте трещины необходимо разрушение от 3 до 4 соседних элементов, чтобы началось неустойчивое разрушение. Предполагая, что эти критические длины трещин не меняются значительно с увеличением размера, можно вывести простое выражение для прочности слоистых композитов. [25]
Остаточные напряжения, возникающие в слоистом композите в процессе изготовления, могут заметно снизить напряжения, при которых происходит первое разрушение слоя. В настоящее время отсутствуют убедительные данные, позволяющие правильно выбрать начальную температуру для анализа термических напряжений. Применение же термоупругого анализа невозможно без знания температуры, при которой композит свободен от напряжений. Необходима разработка более исчерпывающего анализа прочности слоистого композита, учитывающего и остаточные напряжения. [26]
Рассмотрим подробнее однонаправленный композиционный материал в условиях растяжения в направлении волокон. Такие композиты чаще применяют для создания растянутых элементов. Тонкостенные конструкции из композитов обычно имеют слоистую структуру, каждый слой которой образован из однонаправленного композита. Если известны условия разрушения однонаправленного композита, прочность соответствующего слоистого композита можно оценить расчетным путем. [27]
Уравнение (4.1) эквивалентно уравнению, предложенному Мариной [10], при условии, что TI, 02 и ti2 приведены к главным компонентам напряжений. Условие совпадения главных направлений материала и главных напряжений ограничивает применимость критерия Марина. В частности, он неприменим к такому распространенному случаю нагружения, когда в слоях композита действуют касательные напряжения. Цай [11] использовал критерий прочности анизотропного материала, предложенный Хиллом, для оценки прочности слоистых композитов. Хоффман [12] применил этот критерий для материалов, сопротивляющихся по-разному растяжению и сжатию, введя дополнительные линейные по напряжениям члены в условие прочности Хилла. [28]
Индексы аир обозначают растяжение и сжатие; индексом / отмечены свойства слоя. Для изотропного материала коэффициент / Gi2 равен 1, и уравнение (4.27) превращается в условие пластичности ( критерий энергии формоизменения) Ми-зеса. Коэффициент К [ 12а & учитывает разносопротивляемость материала растяжению и сжатию и, кроме того, обеспечивает изменение связи между напряжениями в критерии. Как и другие критерии прочности, рассмотренный критерий может быть объединен с теорией слоистых сред и использован для построения поверхностей прочности слоистых композитов. Уравнение (4.27) в этом случае применяется для каждого слоя раздельно. [29]
Уравнение (4.1) эквивалентно уравнению, предложенному Марином [10], при условии, что о, оуи Ti2 приведены к главным компонентам напряжений. Условие совпадения главных направлений материала и главных напряжений ограничивает применимость критерия Марина. В частности, он неприменим к такому распространенному случаю нагружения, когда в слоях композита действуют касательные напряжения. Цай [11] использовал критерий прочности анизотропного материала, предложенный Хиллом, для оценки прочности слоистых композитов. Хоффман [12] применил этот критерий для материалов, сопротивляющихся по-разному растяжению и сжатию, введя дополнительные линейные по напряжениям члены в условие прочности Хилла. [30]