Cтраница 2
Формула (7.7) позволяет оценить величин модуля нормальной упругости однонаправленного волокнистого композита в направлении армирования по известным концентрациям и модулям упругости матрицы и волокон. [16]
Суммируя данные о влиянии скорости деформации на прочность однонаправленных волокнистых композитов, можно сказать, что, по-видимому, в интервале изменения скорости деформации, обычно используемом в стандартных испытательных машинах, изменения значений прочности не слишком велики. Эти изменения составляют 10 или 20 % в зависимости от свойств составляющих и геометрии композита. При испытаниях с разными скоростями деформации наблюдались разные виды разрушения, однако в настоящее время не существует модели для предсказания прочностных свойств различных композитных систем при нагружении с переменными скоростями деформации. [17]
Большинство композитов, описанных в настоящей главе, есть непрерывные однонаправленные волокнистые композиты ( НОВК), имеющие большую объемную долю волокон. В результате продольная прочность в основном определяется прочностью самих волокон. Таким образом, если волокна обладают свойством ползучести, то им обладают и композиты на их основе. В небольшом числе работ по композитам, армированным вольфрамом и бериллием, обнаружено разрушение при ползучести. С другой стороны, разрушение под нагружением может появиться как результат комбинации двух факторов: статистической прочности хрупких волокон и временных свойств вязкоупругой матрицы. Такая комбинация создает вероятность непрерывного изменения напряженного состояния внутри композита, даже при испытании на разрушение. Эти изменения также приводят к явлению запаздывания разрушения. Поэтому очень важно рассмотреть как матрицу, так и волокно при изучении длительной прочности композита, причем нужно иметь в виду, что матрицы оказывают очень незначительное влияние на кратковременную продольную прочность композитов, но играют очень важную роль в его длительной прочности. Часть работ посвящена исследованию эффектов скорости деформации на прочность НОВК; оказалось, что только армированные стеклом композиты, по-видимому, чувствительны к изменениям скорости. [18]
Сильная или слабая связь на границе волокно-матрица предпочтительнее при работе однонаправленного волокнистого композита на растяжение, если сила направлена: а) вдоль оси волокон, б) поперек волокон. [19]
Развитая теория может быть почти без всяких изменений перенесена на произвольные структуры однонаправленных волокнистых композитов достаточно плотной укладки. [20]
Это соотношение было проиллюстрировано Шепери [87] для частного случая модуля продольного сдвига в однонаправленных волокнистых композитах. Далее, учитывая, что для полимерных материалов часто хорошо выполняется приближение - F F при ш s ( ср. Однако предельные значения функции F не были найдены. [21]
Из условия отсутствия масштабного эффекта и формулы (5.16) вытекает, что оптимальная укладка нитей в однонаправленном и волокнистом композите дается решением следующей чисто геометрической задачи: как разбросать в плоскости круги заданного радиуса г0, чтобы величина наименьшего расстояния между их центрами была максимальной при заданной доле iy, т.е. при заданном отношении площади всех кругов к площади той области, в которой они разбросаны. [22]
Таким образом, полученные результаты математического моделирования позволяют сделать вывод о возможности равновесного протекания взаимосвязанных процессов упругопластического деформирования и разрушения, сопровождаемых локальными явлениями упругой разгрузки и повторного нагружения, в структуре однонаправленных волокнистых композитов при заданных программах деформирования. Возникающая при этом нелинейность диаграмм макродеформирования может быть на столько велика, что имеет место ниспадающая ветвь, а значения компонент тензора макронапряжений могут не только снижаться до нуля, но и в отдельных случаях менять знак. [23]
В последние годы разработаны модели, объединяющие подход Вейбулла и Даниэлса. Например, призматический образец из однонаправленного волокнистого композита представляют в виде последовательного соединения звеньев, каждое из которых имеет длину, равную неэффективной длине волокна. К каждому звену применяется подход Даниэлса, а последовательное соединение звеньев в сущности эквивалентно подходу Вейбулла. [24]
Мы не собираемся обсуждать усталостные свойства, так как в настоящей книге имеется несколько глав, посвященных этой проблеме. Сделана попытка дать обзор экспериментальных и теоретических работ, проведенных по исследованию длительной прочности однонаправленных волокнистых композитов при нагру-жении в направлении волокон ( разд. Далее описано влияние увеличения скорости деформации на прочностные свойства ( разд. IV) и наконец показана реакция композиционного материала на удар ( разд. [25]
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. [26]
Для однонаправленного волокнистого композита тензор модулей упругости нулевого приближения и эффективный тензор модулей упругости могут быть определены аналитическими методами теории функций комплексной переменной. При этом возможен учет условий неидеального контакта. В качестве примера рассматривается определение эффективных характеристик однонаправленного волокнистого композита при идеальном контакте между связующим и волокном. [27]
В каждом из слоев многонаправленного слоистого композита возникает сложное напряженное состояние, даже если композит в целом находится под действием одноосного напряжения. Следовательно, и в простейшем случае нагруже-ния композита начало разрушения слоя должно определяться при помощи соответствующего критерия предельного состояния. В основу этих критериев положена гипотеза, согласно которой однонаправленный волокнистый композит считается однородным анизотропным материалом. Можно ожидать, однако, что для оценки предельного состояния композита потребуется рассмотрение таких деталей механизма разрушения, которые определяются неоднородностью материала на уровне армирующего элемента. Дело в том, что виды разрушения, вызванные разными по направлению действия напряжениями, имеют принципиально различающиеся особенности. [28]
Эшелби [14] решил задачу об упругом деформировании изотропной среды с включением эллипсоидальной формы, и на основе этого получил зависимости эффективных постоянных композита от объемного содержания в нем хаотически ориентированных вытянутых эллипсоидов. В работе [20] аналогичная задача решена для включений пластинчатой формы. Впоследствии Рассел [21] использовал решение Эшелби при исследовании влияния длины волокон в однонаправленном волокнистом композите на его эффективные характеристики. [29]
До сих пор большая часть исследований композиционных материалов относилась к волокнистым композитам, среди которых различаются два главных типа: композиты с непрерывными волокнами и композиты с короткими ( разорванными) волокнами. В свою очередь, в первом из указанных типов длинные волокна могут быть либо расположены строго параллельно друг другу, либо сплетены в ткань, пропитанную полимерным связующим. Поскольку в процессе сплетения возможны повреждения волокон и композит получается более низкого качества, здесь основное внимание будет уделено однонаправленным волокнистым композитам. [30]