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 F _max - 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.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

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