Испытание - композит
Cтраница 2
 |
Диаграмма растяжения ( 1 и функция накопления повреждений ( 2, построенные в результате имитационного моделирования на ЭВМ процессов разрушения трубчатых стержней из бороалюминия. [16] |
Испытание композитов на разрушение в ряде случаев не доводят до разрушения. Эти испытания проводятся с применением дополнительных средств регистрации накопления повреждений, например с использованием эффекта звуковой эмиссии, и имеют отборочный характер. Применение структурно-имитационного моделирования в этом случае позволяет оценить уровень повреждений в композите при том или ином значении предельной нагрузки в процессе испытаний или при последующей его эксплуатации. [17]
Теоретически касательные напряжения вдоль оси волокна максимальны на его концах и равны нулю в середине. При испытаниях композита на сдвиг методом короткой балки наибольшие касательные напряжения возникают на концах волокна. Так как на поверхности раздела уже действуют касательные напряжения, нагрузка в момент разрушения таких образцов будет меньше, чем у образцов, в которых внутренние напряжения отсутствуют. [18]
Для изучения накопления повреждений в стеклопластиках было предпринято относительно немного попыток. В работе [1] описаны испытания композитов из препрега и эпоксидной смолы при двухступенчатом изменении уровня напряжений. В работе [5] были проведены также испытания слоистых композитов с эпоксидной матрицей на основе стеклоткани при двухступенчатом уровне напряжений. И снова предполагалось, что последовательность напряжений играет некоторую роль, однако, хотя авторы и рассмотрели применимость нескольких критериев учета накопления повреждений, они пришли к выводу, что проведенных экспериментов недостаточно для статистической обработки. Было замечено, что в дальнейшей работе следует принимать во внимание развитие повреждений. [19]
Следует отметить также статистический эффект докритического роста трещины, связанный с первоначальным обрывом наиболее слабых волокон вблизи фронта трещины, перераспределением напряжений в близлежащих нитях вследствие развития цилиндрических микротрещин около обрывов и последующим обрывом наиболее нагруженных и слабых нитей. Статистический эффект докритического развития трещины пропадает, если перед испытанием композита на длительную выносливость подвергнуть материал без трещины кратковременному осевому растяжению достаточно высокой нагрузкой, близкой к предельной. Именно этот случай рассмотрим в дальнейшем. [20]
Установка, предназначенная для проведения испытаний на трехточечный изгиб, показана на рис. 4.4. Для определения перемещения раскрытия трещины ( зазора трещины) использован датчик ползучести. Появление начальной трещины, которое предшествует неустойчивому разрушению, при испытании композитов может быть установлено методом акустической эмиссии или замерено по месту резкого падения нагрузки. [21]
Очевидно, что волокна меньше разупрочняются в Ni - Cr-матрице. В этом исследовании прочность волокон, находящихся в матрице, была оценена методом акустической эмиссии при испытаниях композита на растяжение. Таким способом была определена деформация разрушения волокна, причем деформации волокна и матрицы предполагались одинаковыми. Прочность самого слабого волокна в матрице составила 253 кГ / мм2, что существенно превосходит прочность извлеченных волокон. Судя по множеству фотографий и наблюдений структуры поверхности волокон, разупрочненных при взаимодействии с металлом, снижение прочности можно отнести на счет действия тех трещин, которые образуются на поверхности волокон при их изъязвлении. Влияние такого повреждения поверхности волокон на их высокотемпературную прочность в предполагаемом температурном интервале работы различных композитов является одной из интересных проблем, возникающих при анализе множества экспериментальных данных такого рода. [22]
Для проверки теории разупрочнения волокон из-за реакции на их поверхности или поверхности раздела был предложен эксперимент, в ходе которого волокна подвергали испытаниям непосредственно после извлечения, а также после полного стравливания продукта реакции - диборида алюминия - в азотной кислоте. Полученные данные по деформации разрушения приведены в та: бл. Характеристики извлеченных волокон полностью воспроизводят три главных эффекта, обнаруженных при испытании композитов. Кроме того, все значения деформации разрушения, соответствующие переходу от исходного состояния к раз-упрочненному, находятся в узком интервале. Факт восстановления прочности и деформации разрушения волокон после стравливания с их поверхности реакционного слоя, вероятно, наиболее убедительно свидетельствует об источнике их разупрочнения. [23]
Расчетные значения разрушающих нагрузок и условие N 0 при Lit 0 определяют характер этих кривых вплоть до нагрузок, соответствующих уже разрушению самого композита. Разрушение композита происходит при постоянной нагрузке, не зависящей от Lit. Эта нагрузка предельная и может быть определена или расчетом, или из испытаний композита. Хотя в рассмотренных ниже примерах предельная нагрузка определяется прочностью композита, возможны случаи, когда в соединениях металл - композит несущая способность соединения будет ограничиваться прочностью металла. [24]
Разработка структурных моделей особенно важна для современных композиционных материалов. По сравнению с традиционными конструкционными материалами свойства композитов мало изучены. Каждый год разрабатывают сотни новых композитов, очень часто композит как материал создают вместе с конструкцией. Испытания композитов на малых образцах недостаточно информативны. Из-за побочных эффектов, к которым многие композиты более чувствительны, чем традиционные материалы, они ведут себя в образце иначе, чем в конструкции. Перенос результатов испытаний образцов на натурные конструкции затруднен из-за четко выраженного, но трудно предсказуемого масштабного эффекта. Применительно к задачам прогнозирования ресурса возникают дополнительные трудности из-за необходимости экстраполяции результатов испытаний на малой базе. [25]
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. [26]
В отличие от эпоксидных смол, изменение типа катализатора в полиэфирной композиции вызывает лишь незначительные колебания их механических свойств. Однако имеются сведения, что коррозионная стойкость может при этом изменяться. Большое влияние на свойства материала оказывает степень отверждения. Результаты испытаний композитов на теплостойкость, изгиб или растяжение и твердость по Барколу позволяют с достаточной точностью определить цикл отверждения. [27]
Страницы: 1 2