Вклад - матрица
Cтраница 1
 |
Затраты энергии на вытягивание волокон при их разрушении вне плоскости распространения трещины. [1] |
Вклад матрицы в вязкость разрушения сопоставим с вязкостью разрушения материала матрицы в массивной форме, поскольку матрица представляет собой непрерывную фазу, а наличие волокон, как правило, незначительно сказывается на объеме деформированного материала. Более подробно эти вопросы будут обсуждены ниже; сначала рассмотрим поведение волокон, а) Вклад волокон. В рассматриваемом случае напряженное состояние волокон далеко не так жестко, как в окружающей матрице; действительно, есть основания полагать, что напряженное состояние волокна по всему сечению близко к относительно равномерному растяжению. Иначе в волокне возникали бы очень высокие напряжения сдвига, тогда следовало бы ожидать расщепления углеродных волокон, а это противоречит экспериментальным результатам. Если предположить, что напряжения в волокне в основном соответствуют одноосному растяжению, то волокно можно рассматривать как миниатюрный образец в условиях испытания на растяжение. В этом случае одним из возможных механизмов поглощения или диссипации энергии является трение. Если точка разрушения волокна не лежит в плоскости распространения трещины ( рис. И), то по мере раскрытия трещины волокно будет вытягиваться из матрицы. [2]
Коэффициент р позволяет оценить вклад матрицы в повышение или снижение прочности пучка волокон в результате его введения в матрицу. Так, например, если матрица вносит какой-то вклад в прочность по отношению к пучку или даже если она просто принимает на себя часть нагрузки, наблюдаемый коэффициент р будет больше единицы. Если же матрица химически взаимодействует с волокнами, либо волокна ломаются в процессе изготовления материала, прочность композиции может быть ниже, чем прочность пучка волокон, в результате чего ( 3 будет меньше единицы. [3]
 |
Некоторые соотношения между направлениями ориентации волокон и. [4] |
Первая сумма охватывает распределение волокон с длиной ниже критической, вторая - выше критической, а член уравнения за квадратными скобками - вклад матрицы в прочность композиции. На рис. 2.40 показан типичный пример кривой распределения волокон по длине, полученной авторами работы [62] для переработанного литьем под давлением промышленного полиамида 66, содержащего 15 % ( об.) рубленого стеклянного волокна. Из рисунка видно, что более 80 % волокон имеют длину меньше критической. [5]
Принимая во внимание аддитивность свойств УВН и ПУ-ой матрицы в УУКМ, было сделано на основе известных данных допущение о том, что вклад ПУ-ой матрицы в прочность УУКМ незначителен. Поэтому в качестве меры реализованной прочности УВН в УУКМ была взята величина отношения измеренной прочности УУКМ к объемной доле УВН в УУКМ в направлении приложенной нагрузки. [6]
Если и волокна, и матрица пластичные, не ясно, можно ли при помощи какой-нибудь элементарной теории рассчитать вклады в работу разрушения композитов за счет пластических деформаций волокон и матрицы, так как при переходе обеих фаз в пластическое состояние ни та, ни другая не обеспечивают ограничения пластической деформации и границы зоны деформирования нелегко рассчитать. Некоторые работы по этому вопросу [29, 30] проводились на системе волокна нержавеющей стали - алюминий, и было обнаружено, что вклад волокон можно удовлетворительно описывать выражением типа уравнения ( 27), и, если затем просуммировать этот вклад с вкладом матрицы, определенным по соображениям, аналогичным приведенным в разд. [7]
Пластическая деформация матрицы при комнатной и повышенных температурах позволяет обеспечить высокое сопротивление удару и снятию термических напряжений в композиционных материалах. Было установлено, что способность матрицы пластически деформироваться обеспечивает повышение сопротивления удару и циклической прочности материала. Вклад матрицы в обеспечение этих свойств особенно значителен при температурах, при которых волокна разрушаются хрупко. [8]
До сих пор статистические представления дают скорее философский, чем практический подход к конструированию композитов. Согласно теории, две статистические модели разрушение слабейшего звена и комбинация разрушения слабейшего звена и пучка соответствуют идеализированным случаям хрупкого и рассеянного разрушения композитов, прочности которых определяются только прочностью хрупкой составляющей. Хрупкое разрушение происходит путем развития трещины от одиночного источника. Рассеянное разрушение означает постепенное образование неразвивающихся трещин, как это происходит при вязком разрушении композитов, но без непосредственного вклада пластичной матрицы в несущую способность. Следует отметить, что рассчитанные прочности для всех статистических моделей будут одинаковы, если прочности всех элементов объема равны между собой, т.е. если J - оо. Модели иллюстрируют роль пластичной матрицы в задержке трещин, а также весьма большое практическое значение формы расположения хрупкой фазы в агрегате. [9]
Помимо достаточно хорошей температурной стабильности и термостойкости следует отметить высокую жаропрочность угле-алюминиевого композиционного материала. На рис. 31 показано изменение предела кратковременной прочности углеалюминия в зависимости от температуры испытаний. Установлено, что прочность материала во всем исследованном температурном интервале изменяется незначительно. Учитывая, что при температуре 540 С вклад матрицы в прочность композиции чрезвычайно мал, можно описать прочность материала следующей формулой: ас oFVF, где индексы С и F относятся к композиционному материалу и волокнам соответственно. Исследование поверхности разрушения образцов показало, что при испытаниях в температурном интервале от комнатной температуры до 425 С в микрообъемах наблюдается пластическая деформация матрицы, в то время как при 540 С наблюдается аномально хрупкий характер разрушения матрицы, сопровождающийся незначительным расслоением материала по межфазной поверхности. [10]
Это положение подтверждается более высокими ударными свойствами термообработанных прутков по сравнению с прутками, находящимися в состоянии после горячего прессования. Однако ожидаемое улучшение связи между частичками порошка в матрице повышает сопротивление удару матрицы. Фотографии микроструктуры соответствующих образцов, полученные на сканирующем электронном микроскопе, подтвердили улучшение условий деформации матрицы на поверхности излома. При температурах ниже температуры перехода волокна из пластичного в хрупкое состояние вклад матрицы в сопротивление удару композиции значителен, если состав матрицы выбран надлежащим образом и матрица способна пластически деформироваться. Следует отметить, что вклад матрицы может быть уменьшен путем стеснения ее пластической деформации. [11]
Напряжение в композиционном материале, при котором заканчивается начальная линейная область, определяется пределом пропорциональности алюминиевой матрицы и теми остаточными напряжениями, которые имелись в материале перед его растяжением. Криволинейная форма участка кривой напряжение - деформация, предшествующего стадии 2, определяется наклепом матрицы и распространением пластической деформации в образце. Стадия 2, хотя и близка к линейной, не является отражением полностью упругого поведения композиционного материала, поскольку она складывается из упругой деформации волокна и пластической деформации матрицы, причем последняя происходит при постоянной скорости наклепа. Деформация, происходящая в этой области, не полностью обратима. Наклон кривой на этом участке может быть подсчитан по уравнению ( 4), где вклад матрицы определяется скоростью ее наклепа. [13]
Это положение подтверждается более высокими ударными свойствами термообработанных прутков по сравнению с прутками, находящимися в состоянии после горячего прессования. Однако ожидаемое улучшение связи между частичками порошка в матрице повышает сопротивление удару матрицы. Фотографии микроструктуры соответствующих образцов, полученные на сканирующем электронном микроскопе, подтвердили улучшение условий деформации матрицы на поверхности излома. При температурах ниже температуры перехода волокна из пластичного в хрупкое состояние вклад матрицы в сопротивление удару композиции значителен, если состав матрицы выбран надлежащим образом и матрица способна пластически деформироваться. Следует отметить, что вклад матрицы может быть уменьшен путем стеснения ее пластической деформации. [14]
Страницы: 1