Характер разрушения композиционных материалов

Микроволокна используют для создания волокнистых КМ. На рис. 3.41 приведены схемы возможного расположения коротких волокон в матрице и их дифракционная картина [18]. Для получения последней микрофотографию используют как дифракционную решетку. На рис. 3.42 показан характер разрушения композиционного материала А — АЬОз (волокна) при сжатии. Излом происходит при изгибе волокон. Последние проскальзывают друг относительно друга, сообщая сдвиговую нагрузку матрице. [c.112]

Как известно, для конструкционных материалов важной характеристикой является не только высокая удельная прочность, но и достаточно высокая пластичность. Кривые напряжение — деформация композиционных материалов, а также характер разрушения можно изменять, соответствующим образом подбирая материал матрицы и волокон, а также изменяя переходное отношение LJL и объемную долю волокон. [c.337]

Ранее рассматривалась идеализированная модель композиционного материала, состоящая из непрерывных параллельно уложенных волокон и непрерывной полимерной матрицы. При этом было отмечено, что разрушение материала обусловливается местным растрескиванием полимерного связующего и разрывом волокон или одним из этих явлений. В этой главе рассмотрены некоторые отклонения от идеализированной модели материала из параллельных волокон и влияние этих отклонений на характер и виды разрушения реальных армированных пластиков. Отклонения от модели называют также несовершенствами или дефектами. В зависимости от того, являются ли дефекты результатом армирования волокнами конечной длины или результатом нарушения сплошности полимерной матрицы, они могут быть разделены на два класса. [c.47]

Результаты испытания пряди из стекловолокна, пропитанной полимерным связующим, зависят от способа ее закрепления, правильного и равномерного нагружения, от количества и распределения полимерного связующего вокруг армирующих волокон. Последнее проиллюстрировано на рис. 31, 32, где показано, как различное содержание полимерного связующего меняет характер разрушения i композиционного материала. [c.84]

Рассматриваемый здесь вид испытаний применяется для оценки прочности клеевых соединений жестких материалов [26, 73, 208], где измеряемая разрушающая нагрузка Рь (обычно на- правленная перпендикулярно плоскости склейки), отнесенная к площади склейки S (при адгезионном характере разрушения), называется прочностью при нормальном отрыве. Применяется он и для оценки межслоевой прочности в слоистых и армированных материалах [12], где также измеренная величина называется трансверсальной прочностью композита (в отличие от межслоевой сдвиговой прочности). К сожалению, в научной литературе практически нет данных о систематических экспериментальных исследованиях влияния различных параметров моделей и опытов на измеряемую среднюю трансверсальную прочность. Объясняется это, по-видимому, сложностью испытаний, хотя нужда в результатах таких исследований уже сейчас достаточно велика. Поэтому в настоящем разделе мы будем ссылаться главным образом на экспериментальные исследования клеевых соединений, однако получаемые выводы, по нашему мнению, могут быть отчасти распространены и на композиционные (слоистые и армированные) материалы, для которых вопрос о причинах низкой (даже в сравнении с когезионной прочностью матрицы) трансверсальной прочности является одним из главных, особенно, например, в приложении к проблеме монолитности толстостенных изделий из армированного пластика, получаемых методом намотки (цилиндрические и сферические оболочки, трубы и т. д.). В частности, определение трансверсальной прочности обычно осуществляют на образцах, площадь поперечного сечения которых намного меньше площади поверхности разрыва в оболочке. В таких образцах может быть сильным влияние краевого эффекта, в то время как в намоточных оболочках краев практически нет и межслоевой разрыв происходит внутри оболочки. Поэтому вопрос соответствия измеряемой на образцах (дискретных моделях) относительной разрушающей нагрузки с истинной трансверсальной прочностью материала в оболочке пока остается открытым. [c.158]

Рассмотрим влияние LJL на характер разрушения композиционных материалов. В случае (L JL) 1 волокна на большей части своей длины нагружены до максимального апа-чеиия. Тогда если одно из волокон порвется и способность пластической матрицы к деформационному упрочнению ограничена, то остальные нити в этом сечении будут немедленно перегружены и также разрушатся. Образец будет иметь плоский излом по всему сечению и, как всякий хрупкий разрыв, небольшую работу разрушения (рис. 4, с). С другой стороны, если Le = то эпюра напряжений имеет максимум в центре. После разрушения хотя бы одного волокна перераспределение напряжений вызовет перегрузку в центре соседних с разрушенным волокнах, и они будут разрываться в этих местах. Подобное разрушение композиции аналогично разрушению поликристаллического пластичного материала (рис. 4,6). В том случае, когда длина волокон меньше критической, композиционный материал разрушается в результате вырывания волокон из матрицы, а не их разрыва. Это происходит вследствие недостаточного сцепления или среза прилегающих слоев матрицы (рис. 4, в). [c.337]

При анализе работы разрушения композиционных материалов учитывалась микромеханика процессов разрушения и влияние на нее природы компонентов материала и характера их взаимного распределения. С точки зрения конструирования изделий необходим анализ макропроцессов разрушения композиционных материалов в присутствии надрезов, дефектов и других параметров конструкций, размеры которых значительно превосходят диаметр волокон. С первого взгляда это кажется невозможным, так как разрушение композиционных материалов в значительной степени меняется при наличии слабых границ раздела, а характер распространения трещин не удовлетворяет условиям, необходимым для применения основ механики разрушения. Однако экспериментальные данные свидетельствуют о возможности при определенных условиях применения к композиционным материалам основных представлений механики разрушения. Ву [135] показал, что подход механики разрушения к анализу распространения трещин в гомогенных, но анизотропных пластинах, может быть ограниченно применен к однонаправленным волокнистым композиционным материалам. Он определил критическое напряжение, необходимое для роста трещин различной длины параллельно волокнам при растяжении и сдвиге, и показал, что для всех случаев соотношение [c.132]

Согласно Овну [2] в процессе динамических усталостных испытаний первоначально прозрачный образец постепенно становится светонепроницаемым. Вначале эта непроницаемость может быть устойчивой только в тот момент, когда образец находится под нагрузкой, но постепенно, по мере того как он становится более напряженным, эта устойчивость со сраняется и без нагрузки. Небольшие трещины развиваются и проникают внутрь образца. Как раз перед полным разрушением матрицы часто появляется побеление, которое затем исчезает. Появление поверхности разрыва зависит от характера цикла напряжения и типа наполнения композиционного материала. Поверхность разрыва тканых слоев под действием циклического растягиваю- [c.131]

Убедительный пример влияния межфазных молекулярных связей на прочность композита приведен в работе [110], авторы которой исследовали взаимодействия в системе матрица (эпоксидный компаунд)—арматура— (волокна на основе поливинилового спирта). Если между исходными волокнами ПВС и матрицей не наблюдается никакого химического взаимодействия, то обработка волокон 4,4 -дифенилметандиизоцианатом (МДИ) приводит к химическому взаимодействию по гидроксильным группам. Кроме того, модификатор также химически взаимодействует и с матрицей. Следствием этого взаимодействия является существенное повышение прочности композита [ПО]. ИК-спектры нагруженных образцов свидетельствуют о том, что молекулы МДИ несут ири этом механическую нагрузку. Изучение особенностей развития магистральных трещин в исследуемых композитах с модифицированными и немодифицированными волокнами показало, что расслаивание по границе матрица—волокно занимает значительную долю времени от всего процесса разрушения композита, причем химическое взаимодействие матрицы с волокном существенно снижает скорость расслаивания [110]. Таким образом, прочность композиционного материала самым тесным образом связана с характером межфазных связей — собственно адгезией. [c.35]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология