ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК





Экспериментальное определение механических свойств слоистых композитов по нескольким причинам сложнее, чем соответствующее определение свойств металлических материалов. Одна из этих причин заключается в невозможности уменьшить рабочее сечение образца, как это делается для металлических образцов, для исключения разрушений у захватов. В случае композитов это приводит к наличию оборванных волокон, что вызывает преждевременное разрушение. Низкая прочность связующего является не менее важным фактором, который может приводить к возникновению разрушений из-за небольших градиентов напряжений, вызываемых даже незначительным несовершенством условий закрепления, что не принесло бы вреда в случае испытаний пластических материалов.

В настоящее время для определения упругих свойств композитов проводят испытания образцов на растяжение, сжатие, сдвиг и изгиб.

Довольно часто проводят испытания на изгиб, однако следует отметить, что такие испытания обладают рядом очевидных недостатков. Обычное испытание на изгиб проводят на балке с длиной пролета l=10 см, шириной b=2,5 см и толщиной h=0,32 см. Предел прочности определяют по известной формуле

где Fmax - максимальная нагрузка, предшествующая разрушению образца, МН.

Рассмотрим балку из боропластика с идеальной однонаправленной укладкой волокон диаметром 0,13 мм при объемной плотности упаковки 50 %. При такой упаковке расстояние между центрами волокон составляет 0,158 мм, так что по толщине балки умещается 20 слоев, и истинная толщина равна 0,318 мм. Расстояние между крайними слоями волокон оказывается на 5 % меньше чем толщина образца. Поскольку толщина входит в формулу во второй степени, то ошибка в определении предела прочности составляет 10%.



Наибольшая ошибка определения предела прочности при изгибе возникает вследствие нелинейного распределения напряжений по толщине образца, вызванного преимущественным накоплением разрывов волокон на внешней поверхности образца при приближении к максимальной нагрузке. Это обуславливает более высокие значения предела прочности измеряемые при изгибе (обычно на 10-50 %) по сравнению с пределом прочности определяемом при растяжении.

Основным источником ошибок при интерпретации результатов изгибных испытаний является неопределенность вида разрушения. В дополнение к растяжению вдоль волокон около крайних волокон в центральном сечении балки возможны и другие виды разрушения:

а) поперечное растяжение в зоне нагружающего ножа;

б) сжатие с противоположной стороны образца (усложненное концентрацией напряжений около края нагружающего ножа);

в) сдвиг вдоль нейтральной оси ( при этом нейтральная ось располагается не обязательно не обязательно в центре сечения образца в силу отмеченной выше нелинейности);

г) комбинированный сдвиг и продольное растяжение или сжатие вблизи нейтральной оси;

д) комбинированные сдвиг, продольное растяжение или сжатие и поперечное растяжение или сжатие около крайних волокон.

В результате после испытаний на изгиб образец обнаруживает следы различных видов разрушения, что делает, практически не возможным, определить истинный вид начального разрушения.

С это точки зрения наиболее приемлемыми являются испытания на растяжение сжатие и сдвиг.

Для определения упругих характеристик при растяжении композитов из однонаправленных слоев, которые включают параллельную укладку волокон в виде ленты с предварительной пропиткой смолой, используют простые образцы на растяжение, упрочняя хвостовики для захватов. Для упрочнения рекомендуют наклеивать полоски из поперечно армированного стеклопластика, выполненные в виде клина. Длина полосок примерно втрое больше ширины образца, толщина в 1,5 раза превышает толщину образца.

Для композитов, изготовленных способом укладки параллельных волокон, испытание на сжатие оказывается более простым по сравнению с испытанием на растяжение. При использовании образцов, длина которых примерно втрое больше ширины, с плоскими, параллельными и тщательно обработанными торцами единственной задачей остается предотвратить преждевременное «разлохмачивание» и отслаивание крайних волокон во время сжатия образца между нагружающими плитами испытательной машины. Одним из удовлетворительных предотвращения разлохмачивания заключается в заплавлении концов образца в легкоплавкий сплав.

Наибольшие трудности возникают при испытании с целью определения характеристик прочности на «межслойный сдвиг». Одним из способов является испытания коротких балок. Однако следует заметить, что результаты таких испытаний весьма сомнительны. Даже не касаясь вопроса о том, что нас интересует сдвиговая прочность в плоскости волокон, а не между слоями, следует отметить, что в дополнение к отмеченному ранее сложному напряженному состоянию в балке к дальнейшим усложнениям приводит уменьшение пролета балки, которое необходимо для исключения других видов разрушения, кроме отчетливо выраженного сдвига. Кроме того, возникает не подающийся учету разрыв граничных условий в непосредственной близости приложения нагрузки и изменения знака касательных напряжений в середине пролета балки. Таким образом, для определения сдвиговой прочности композитов эти испытания нельзя считать корректными.

Приближенную величину межслойной сдвиговой прочности слоистого композита можно определить путем испытания на сжатие в плоскости, нормальной волокнам образца из однонаправленного композита. Из-за низкой сдвиговой прочности полимерной смолы разрушение при таком испытании произойдет от сдвига (под углом ±45˚ к оси нагружения) и будет в незначительной степени зависеть от волокон.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.