Критическая длина - волокно
Cтраница 2
Композиции с дискретными однонаправленными волокнами характеризуются наличием ориентированных в направлении оси растяжения волокон длиной If let где lc - критическая длина волокна, ниже которой матрица не способна передавать полностью нагрузку на волокно; при lf / с волокно остается недогруженным. Это обусловлено следующими причинами. [16]
Под критической длиной армирующих волокон в однонаправленном пластике понимают их минимальную длину, при которой касательные напряжения на границе раздела с матрицей, передающей нагрузку на волокна, достаточны для реализации прочности волокон. Вывод формул для расчета критической длины волокон базируется на одной из пяти теорий распределения продольных напряжений на границе раздела волокно - связующее [ 2, с. В четырех из них предполагается, что компоненты пластика деформируются упруго, а в пятой - что связующее проявляет пластические свойства. [17]
 |
Разрушение по поверхности раздела модели композита при растяжении в поперечном направлении. [18] |
На рис. 5 представлен еще один пример распределения напряжений в композите. В этом случае вводится такое физическое понятие, как критическая длина волокна, которое является основным при создании теорий прогнозирования передачи нагрузки через поверхности раздела. [19]
 |
Излом композита титан - бор. [20] |
Понятия пределов прочности матрицы и волокна ам и 0В общеизвестны; их значения входят в ряд выражений, например для правила смеси. Предел прочности матрицы при сдвиге входит в выражения для критической длины волокна, обеспечивающей передачу нагрузки от матрицы к волокну. Некоторые из остальных параметров, введенных на рис. 3, не применялись ранее и будут мало использоваться в книге из-за незнания соответствующих количественных значений. Они введены с тем, чтобы подчеркнуть их важное значение для развития законченной теории поверхности раздела в системах третьего класса. Впрочем, один из этих параметров, а именно предел прочности продукта реакции, был определен количественно. Меткалф [26] указал, что модуль упругости соединения, образующегося при взаимодействии, иной, чем у матрицы и волокна. [21]
В качестве волокнистых упрочнителей применяются высокопрочные стеклянные, углеродные, борные и органические волокна, металлические проволоки, а также волокна и нитевидные кристаллы ряда карбидов, оксидов, нитридов и других соединений. Существует понятие критической длины волокон. Если она не меньше определенной величины ( обрезки волокон), то композиционный материал лишь незначительно уступает по прочности композиции с непрерывными волокнами. [22]
Слюда и волластонит имеют лучшее соотношение жесткости и массы, чем стекловолокно, однако слюда очень абразивна и гигроскопична, а у волластонита низкое отношение длины волокна к диаметру. Эта характеристика является очень важной, так как она определяет эффективность волокна при усилении матрицы. При превышении определенной критической длины волокна данного диаметра с увеличением нагрузки происходит разрыв, а не удлинение полимерной основы. [23]
Независимо от уже имевшихся количественных оценок некоторые исследователи указывали, что свойства композитных материалов должны зависеть от того, насколько поверхности раздела отличаются по свойствам от матрицы и волокна. В числе характеристик, определяемых прочностью поверхности раздела при растяжении, авторы называют поперечную прочность, прочность на сжатие и сопротивление распространению трещины в процессе расслаивания при испытании на растяжение. К характеристикам, которые определяются в основном сдвиговой прочностью, относятся критическая длина волокна ( длина передачи нагрузки), характер разрушения при вытягивании волокон и деформация матрицы в изломе. Теория Купера и Келли будет рассмотрена ниже. [24]
Методом гальванического осаждения были получены композиты с 12 об. % усов, удельная прочность которых достигала 8 64 км при 523 К - Воспроизводимость образцов была плохой, так как усы разрушались в процессе прессования, главным образом, за счет различия их размеров. Более того, при высоких температурах ( - 1250 К) из-за очень слабой связи покрытия и усов прочность композитов падала примерно до 2 1 кГ / мм2, и при разрушении происходило выдергивание усов. Низкие прочностные свойства композита были обусловлены тем, что вследствие слабой связи критическая длина волокна, передающая нагрузку, значительно превышала длину находящихся в композите усов. Низкая прочность связи была вызвана нестабильностью покрытия, например, диффузией вольфрамового покрытия в Ni-матрицу при формировании связи. [25]
На рис. 14, а приведены схема испытательной установки и ее наиболее важные части. Следует отметить, что эта длина очень незначительна; для данной системы она составляет величину всего лишь трех диаметров волокна. Результаты, полученные при повышенной температуре, приведены на рис. 14 0, откуда легко определить критическую длину волокна. Очевидно, она зависит как от температуры испытания, так и от свойств компонентов, входящих в состав композита. [26]
 |
Схема определения прочности поверхности раздела при едвиге путем вытягивания волокна. [27] |
Во-вторых, условия нагружения, возникающие в образцах с вытягиваемыми волокнами, несмотря на кажущееся сходство с условиями, существующими в реальных композитах с короткими волокнами, не идентичны последним. Это вызвано тем обстоятельством, что при испытаниях нагрузка прилагается непосредственно к волокну, а в композитах нагрузка всегда прилагается через матрицу. Если в образце для вытягивания длина заделанной части волокна очень велика, то указанное различие не имеет решающего значения, поскольку длина заделанной части достаточна для адекватного распределения нагрузки между волокном и матрицей. Однако во многих системах с металлической матрицей это невозможно из-за высокой прочности поверхности раздела, так как уже при малой глубине заделки достигается критическая длина волокна / кр. [28]
В обеих работах предполагалось, что передача напряжений от матрицы через волокно описывается простой моделью запаздывания сдвига. Согласно этой модели, нагрузка на волокно передается лишь за счет возникновения напряжений сдвига на поверхности раздела волокно - матрица. Влиянием соседних волокон, концов рассматриваемого и последующего волокон и влиянием сложного напряженного состояния пренебрегают. Этот простой подход ( рис. 12) позволяет сделать элементарные механические расчеты ряда важных характеристик композитов с короткими волокнами. Авторы работ [13, 33], показали, что существует длина передачи нагрузки ( минимальная длина короткого волокна, начиная с которой оно нагружается до того же уровня, что и бесконечно длинное волокно), и развили соответствующую концепцию критической длины волокна. [29]
В композициях с короткими волокнами полимер является непрерывной фазой. Сдвиговые напряжения в матрице максимальны у концов волокон и постепенно уменьшаются до нуля к их середине. Растягивающие напряжения в волокнах равны нулю на концах и постепенно возрастают до постоянного значения в средней части волокна. Сумма длин концевых участков волокна, необходимых для достижения максимального значения растягивающих напряжений в них, часто называется критической, или неэффективной длиной LKp, так как концевые участки являются неэффективными в сопротивлении нагрузке. Другими словами, волокна должны иметь длину не менее, чем LKp, чтобы напряжение растяжения в них достигало максимальных значений. Критическая длина волокна зависит от отношения модулей упругости обеих фаз, прочности сцепления между фазами, прочности при сдвиге матрицы и прочности при растяжении волокон. [30]
Страницы: 1 2