Cтраница 4
Если волокно разрывается внутри композита, от края волокна я осевом направлении напряжение не передается. Между двумя разорванными концами передают нагрузку сдвиговые напряжения по поверхности раздела волокно - матрица. Модель, использованная для определения распределения напряжений около разорванных концов, приведена на рис. 16, при этом делаются следующие предположения: растягивающие напряжения в матрице пренебрежимо малы по сравнению с таковыми в волокне, а сдвиговые деформации в волокне пренебрежимо малы по сравнению с таковыми в матрице. Эти предположения пригодны для композитов, в которых волокна гораздо жестче материала матрицы. Разорванное волокно окружено концентрическим круговым цилиндром из материала матрицы, который в свою очередь вставлен в однородную среду, обладающую эффективными свойствами композита. Отношение ( r / / rm) 2 выбирается таким, чтобы оно имело то же значение, что и объемная доля волокон в композите. [46]
Зарождение усталостных трещин в композитах отличается от зарождения усталостных трещин в металлах только тем, что, кроме свободных поверхностей, играющих роль мест зарождения трещин, новым источником усталостных трещин в композитах служат разорванные волокна. Эта проблема, естественно, является более острой для случая хрупких волокон, наличия хрупких покрытий на волокнах или хрупких продуктов реакций на поверхностях раздела. Важно, что зарождение трещин происходит во внутренних точках и не без труда поддается наблюдениям или контролю методами неразрушающих испытаний. Будут ли усталостные трещины зарождаться на самом деле у разорванных волокон или нет, зависит от величины соответствующего коэффициента интенсивности напряжений, который пропорционален диаметру волокна ( длине начальной трещины) и амплитуде напряжений. Последующий рост трещин определяется упругими свойствами, пределом текучести и характеристиками механического упрочнения компонентов, а также прочностью границы раздела волокна и матрицы и ее микроструктурой. [47]
Отношение d / b характеризует геометрию упаковки волокон. Из уравнения ( 73) видно, что рост содержания, арматуры в материале представляет серьезную опасность. При уменьшении расстояния между волокнами увеличивается tmax. Особенно резко возрастают максимальные касательные напряжения, когда зазор между волокнами 6 становится очень малым. Этот простой анализ приводит к выводу ( как и в примере с нагружением перпендикулярно армирующим волокнам) о необходимости сохранения некоторого конечного расстояния между волокнами. Подсчеты по уравнению ( 73) показывают, что при расположении волокон на расстоянии b Q id друг от друга касательные напряжения, стремящиеся вызвать расслоение вблизи разорванного волокна, приблизительно в три раза больше, чем при расстоянии b d между волокнами. [48]