- •АКАДЕМИЯ НАУК ЛАТВИЙСКОЙ ССР
- •механика
- •материалов
- •СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ ДЕФОРМИРОВАНИЯ АНИЗОТРОПНЫХ, ПРОСТРАНСТВЕННО АРМИРОВАННЫХ КОМПОЗИТОВ*
- •const3
- •КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИИ В ВОЛОКНИСТОМ КОМПОЗИТЕ
- •РАЗРУШЕНИЕ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВ И РЕАЛИЗАЦИЯ В НИХ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ВОЛОКОН
- •УСТОЙЧИВОСТЬ ДВУХ волокон В МАТРИЦЕ ПРИ КОНЕЧНЫХ ДОКРИТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЯХ
- •РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОБЪЕМНЫХ ВОЛН СДВИГА В ОРТОТРОПНЫХ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИТАХ
- •УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КОМПОЗИТОВ ПРИ ОБЪЕМНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ
- •МОДЕЛЬ РАЗРУШЕНИЯ КОМПОЗИТА С ХРУПКИМ ВОЛОКНОМ
- •ОБ ОЦЕНКЕ АНИЗОТРОПИИ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
- •ТЕРМОУПРУГОЕ РАВНОВЕСИЕ ЛОКАЛЬНО НАГРЕВАЕМОЙ ПЛАСТИНЫ ИЗ СЛОИСТОГО МАТЕРИАЛА
- •НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ СЛОИСТЫХ АНИЗОТРОПНЫХ ОБОЛОЧЕК ПРИ НАЛИЧИИ ЗОН НЕИДЕАЛЬНОГО КОНТАКТА СЛОЕВ
- •ОПТИМАЛЬНАЯ ВРАЩАЮЩАЯСЯ ОБОЛОЧКА ИЗ КОМПОЗИТА, НАПОЛНЕННАЯ ЖИДКОСТЬЮ
- •МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КЛАПАНО-АОРТАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ЧЕЛОВЕКА
- •ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МИОКАРДИАЛЬНОЙ ТКАНИ
- •шшшпттд
- •Кинетические уравнения. В нашем случае кинетические уравнения
- •СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ УЛЬТРАЗВУКОВОГО И ОБЫЧНОГО РЕЗАНИЯ МЯГКИХ ТКАНЕЙ
- •ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ГИБРИДНОГО КОМПОЗИТА ПОД ДЕЙСТВИЕМ МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК
- •ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДАМИ СПЕКЛ-ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ
- •ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ ТРЕЩИНЫ И ЭФФЕКТЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ
- •ВОПРОСЫ ЗАИМСТВОВАНИЯ
- •ТЕРМИНОВ И ТЕРМИНОЭЛЕМЕНТОВ
- •ТЕПЛОФИЗИКА ПОЛИМЕРОВ
МЕХАНИКА КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ, 1982, № 1, с. 34—4]
УДК 539.4:678.067
В.П. Тамуж, М. Т. Азарова, В. М. Бондаренко, Ю. А. Гутанс,
Ю.Г. Корабельников, П. Э. Пикше, О. Ф. Силуянов
РАЗРУШЕНИЕ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВ И РЕАЛИЗАЦИЯ В НИХ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ВОЛОКОН
Постановка задачи. В процессе разрушения гетерогенных материалов существенную роль играет стадия объемного разрушения [1]. В волок нистых композитах при растяжении вдоль волокон объемное разрушение проявляется в виде дробления волокон, расчет которого впервые пред ставлен в работах [2, 3]. Там же приведены экспериментальные данные о наличии дробления в модельных плоских композитах, причем коли чество обнаруженных разрывов сравнительно невелико. Интенсивное дробление хрупких волокон при малом объеме армирования отмечено во многих работах, например в [4]. При увеличении объема армирования композит охрупчивается, и разработаны модели разрушения, где начи ная с некоторого процента армирования разрушение происходит путем прорастания магистральной трещины [5]. Вопрос о роли объемного раз рушения в однонаправленных волокнистых композитах с высокой сте пенью накопления не вполне ясен.
С механизмом разрушения композита связано также правильное определение механических свойств волокон, используемых в качестве армирующих элементов в композите, Обычно проводятся испытания эле ментарных волокон на базе 10 мм по методике, близкой к методике ис пытания стеклянных нитей [6]. Однако результаты таких испытаний не дают однозначного ответа на вопрос о реализации прочности волокна в композите и зачастую приводят к значениям реализации выше 100%. Ис пытание волокон на базах длины /, равной эффективной длине (/ = = 10—20 dB, где dB— диаметр волокна), практически невозможно, и зна чения прочности (хв волокон при таких длинах получаются экстраполя цией зависимости <хв(/) в область малых / [7, 8].
В настоящей работе предпринята попытка исследовать реализацию свойств трех типов углеродных волокон (УВ) на основе ПАН волокна, изготовленных по одной технологии, но различающихся условиями фор мования исходного волокна и имеющих разные прочности ав и коэффи циенты вариации прочности Кв при примерно одинаковых модулях £ в в однонаправленном углепластике, изготовленном на их основе по одина ковой технологии и с одним связующим. При этом выяснялось также, является ли разрушение однонаправленного углепластика с высокой сте пенью наполнения при растяжении вдоль волокон (или изгибе) резуль татом прорастания одной или нескольких магистральных трещин или и нем преобладает процесс объемного разрушения.
Механические свойства волокон. УВ обладают сложной структурой [9, 10], большой радиальной гетерогенностью и весьма чувствительны к различного рода дефектам [11, 12], что находит выражение в высоких значениях коэффициентов вариации прочности. Поэтому необходимо уделить особое внимание методике определения прочности УВ.
Изучение механических свойств УВ проводили с помощью построения функций рас пределения прочности. Испытания вели на разрывной машине «Инстрон» ТМ-М при комнатной температуре на /=1,2,5,10,25,70 мм. Образец представлял собой отрезок углеродного элементарного волокна, заклеенного в рамку из бумаги с помощью клея
БФ-6 (рис. 1). Для каждого образца оптическим методом опре |
|
5 |
|
|||
деляли средний диаметр из пяти измерений и рассчитывали пло |
|
|
|
|||
щадь поперечного сечения. После закрепления образца в зажимах |
|
1 |
1Л |
|||
перемычка рамки пережигалась и производился разрыв элемен |
|
|
|
|||
тарного волокна. Каждую функцию распределения прочности |
» |
|
о |
|||
строили по 100 результатам разрыва. |
|
1 |
|
|
||
На рис. 2 представлены интегральные функции рас |
|
к |
|
|||
|
|
|
||||
пределения прочности УВ образца на различных дли |
|
10 » |
|
|||
нах. Для / = 25 мм на рис. 2—б представлена диффе |
|
|
|
|||
ренциальная функция распределения. Вид дифферен |
Рис. 1. Способ за |
|||||
циальных функций полимодальный. Это подтверждает |
крепления волокна |
|||||
результаты |
работ [13, 14]. На рис. 2 наряду с интег |
при |
растяжении. |
|||
ральными |
функциями |
распределения |
представлены |
А — |
линия |
уста |
новки образца. |
||||||
интегральные функции для вейбулловского распреде |
|
|
|
|||
ления |
|
|
|
|
|
|
|
/7(а) = |
1 -ех р |
У ] , |
|
|
(1) |
где p, ао, От — параметры распределения; /0 — некоторая стандартная длина; / — длина образца. Согласно (1) зависимость средней прочности <ов> и дисперсии 6 от базы испытания имеет вид
<».>-<То(-|) "г( 1+1) +„„; |
(2) |
М{Р[гК)-г(>+1)Т
Коэффициент вариации /Св = бК<Тв>.
Рис. 2. Интегральные и дифференциальные функции распределения прочности УВ при разных длинах: а — 1 (/), 2 (2), 5 (3), 10 (4) и 70 мм (5); 6 — 25 мм.
|
|
|
Зажимная длина, |
мм |
|
|
Параметр |
|
|
|
10 |
25 |
70 |
|
1 |
2 |
5 |
|||
(О в )± б (кгс/мм2 |
397 |
330± 129 |
286±90 |
234±86 |
235±62 |
190± 70 |
А » = а / ( а в) (%) |
30,7 |
39,1 |
31,6 |
36,9 |
26,3 |
36,6 |
Сто, кгс/мм2 |
441 |
371 |
318 |
262 |
258 |
213 |
р |
3,60 |
2,80 |
3,54 |
2,96 |
4,22 |
3,01 |
Квантиль о(р) |
распределения |
(1) (т. е. уровень |
а, при котором со |
|||
гласно распределению |
(1) разрушаются 100 р % волокон) находится по |
|||||
формуле |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ 0т, |
|
|
при Р < 1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сг(р) ~ffo |
р |
|
|
|
|
|
+ |
От- |
|
|
При попытке аппроксимировать семейство интегральных кривых (см. рис. 2—а) двухпараметрическим распределением Вейбулла (ат =0) ока залось, что параметр во должен зависеть от зажимной длины /. При аппроксимации параметры распределения (1) <Jo, Р для каждой длины образца / были определены по экспериментальным значениям <ав>, б и зависимостям (2), (3). Значения <ав>, б, Кв и параметры вейбулловского распределения для волокон I типа при разных зажимных длинах приве дены в табл. 1. Соответствие экспериментальных функций аппроксима ции хорошее (с достоверностью 0,9 по критерию согласия со2 [15], являю щемуся обязательным для данного объема выборки).
Некоторое отклонение от вейбулловского распределения происходит при значениях о 100—140 — первая мода, 200—240 — вторая мода, 300—330 — третья мода, 400—430 — четвертая мода и мода с а > > 490 кгс/мм2. Однако доказать в каждом случае достоверность откло нения распределения от вейбулловского затруднительно. Аналогичная картина наблюдается и для волокон II и III типов. Значения мод те же, и различие заключается в разных вероятностях проведения этих мод. На рис. 3 представлены зависимости от длины базы испытания сред ней прочности, дисперсии коэффициента вариации для каждого вида волокон. Несмотря на довольно существенный разброс эксперименталь ных значений, эти зависимости для волокон I и II типов соответствуют
(2), (3).
Параметры трехпараметрического распределения (1) находятся сле дующим образом. Используя (3), по наклону прямой lg6(lg I) к lg / (см.
Номер |
УВ с /= 10 мм |
|
|
|
Композиты |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
о., = |
|
|
|
образ |
< М ' |
Ев . 10-3, |
ка, % |
№ > • |
Кк, % |
Е к • 10 3. |
И. % |
р |
тсдп* |
А. |
ца |
= а„/ц |
|||||||||
|
' кгс/мм2 |
кгс/мм2 |
|
кгс/мм2 |
|
кгс/мм2 |
|
(кгс/мм:) |
кгс/мм2 |
мм |
|
|
|
|
|
||||||
1 |
234 |
25,1 |
37 |
156 |
3,3 |
16,2 |
64,5 |
242 |
2,7 |
0,13 |
2 |
281 |
24,4 |
27 |
146 |
7,3 |
14,6 |
60,0 |
243 |
2,8 |
0,15 |
3 |
262 |
26,0 |
25 |
158 |
3,5 |
14,0 |
54,0 |
293 |
3,3 |
0,17 |
рис. 3—а) определяют некоторый усредненный |
разброс р распределе |
|||||
ния Вейбулла (1), одинаковый для разных длин I волокон. Далее по (3) |
||||||
при определенном / = /0 вычисляют параметр |
положения ст0. ат опреде |
|||||
ляется как разница между расчетным lg<crB> |
(2) |
и экспериментальным |
||||
значениями (прямая lg<aB(lg/)>) для |
каждого |
/. Для волокон |
типа I |
|||
Р = 6,0, |
Оо = 479,2 кгс/мм2 при /0 = 10 мм, |
от = —133, |
—162, —184, |
—213, |
||
—246, |
—266 кгс/мм2 при / = 70, 25, 10, |
5, 2, 1 |
мм. |
При /=2Д = 0,26 мм |
<Ут=—342 кгс/мм2. Как иллюстрация на рис. 2—б штрихпунктиром при ведена аппроксимация экспериментальной интегральной функции вейбулловским законом для волокон I типа длиной 1=25 мм.
Свойства однонаправленных композитов. Из волокон всех трех типов были изготовлены однонаправленные композитные пластины толщиной 1,25 мм, из которых были вырезаны образцы для механических испыта ний. Разрушение образцов производилось при четырехточечном изгибе, а также при растяжении. Результаты испытаний (10 образцов от каждой партии) приведены в табл. 2. Там же приведены основные характерис тики армирующих волокон, испытанных на базе 10 мм.
Степень реализации прочности армирующих волокон оценивается сравнением экспериментально определенной прочности волокна <гв с рас четной, определенной по формуле ар=*сгк/м-, где \х — коэффициент ар мирования. При использовании этой формулы предполагается, что проч ность композита определяется прочностью армирующих волокон, а при сопоставлении ар с экспериментально полученным значением ав из табл. 2 предполагается, что прочность волокна в композите характеризуется величиной, определенной при испытаниях на базе длиной 10 мм. Для использования этого расчета необходимо знать объемную долю во локон р, в композите. Последняя была определена двояким образом: по измерению модуля упругости волокна Е в, модуля упругости матрицы Ес и модуля упругости композита Ек и по использованию простого «правила смеси» £ к = £в|л+£,с(1 —М-), что при величине Е с = 330 кгс/мм2 дает вели чины объема армирования ц, приведенные в табл. 1. Величины р, полу ченные выжиганием, для образцов 1 и 3 различаются на несколько про центов, а для образца 2 отличаются более существенно, что можно объ яснить некоторой потерей массы волокон в процессе выжигания. В даль нейших расчетах приняты значения р, определенные измерением модуля упругости.
Как видно из табл. 2, расчетные сграсч и измеренные на базе 10 мм значения прочности волокон <тв различаются на —3, +13, —11,5% соот ветственно. Коэффициенты вариации для композита не коррелируют с коэффициентами вариации для волокон на базе 10 мм. Так, для первой партии, где коэффициент вариации для волокон наибольший, разброс полученных экспериментальных значений для композита наименьший. Согласие расчетного и фактического значений средней прочности волокна следует признать удовлетворительным, что свидетельствует о пользе сравнительных испытаний волокон на базе 10 мм. Однако это согласие не является закономерным и не отражает фактического характера раз рушения, и, как видно из графиков рис. 3 (где стрелкой показаны расчет ные величины прочности волокон), испытывая волокна разной длины, можно получить как большие, так и меньшие величины прочности. Чтобы
найти более надежный метод расчета прочности композита по характе ристикам волокон, необходимо рассмотреть характер разрушений ком позитов. | I '
Характер разрушения композитов. Для изготовленных образцов ком позитов при испытании их изгибом и растяжением характерно ступенча тое разрушение по отдельным жгутам волокон с расслаиванием по границам жгутов. Однако по виду разрушения макрообразцов нельзя опре делить, произошло ли разрушение с дроблением моноволокон или разру шение, по крайней мере в пределах одного пучка, происходит путем рас пространения трещины без значительного объемного разрушения. Харак тер разрушения исследовали после выжигания смолы из образцов и последующего подсчета количества волокон и нахождения распределе ний раздробленных отрезков волокон по длинам. Выжигание проводили при температуре 400° С в течение 15 ч. Исследовали образцы, испытан ные на статическое растяжение и изгиб при уровнях нагрузки, равных 0,2, 0,4, 0,6, 0,8, 0,93 от разрушающей, а также разрушенные образцы.
Дробления волокон не наблюдалось в образцах углепластика, под вергнутых воздействию нагрузок до 0,4сгк независимо от вида нагруже ния. Незначительное дробление волокон в рассматриваемых материалах начинается при уровне 0,5 стк и постепенно возрастает по мере увеличения нагрузки, а начиная с уровня 0,9стк переходит к лавинообразному дроб лению. На рис. 4 приведено относительное количество раздробленных УВ в зависимости от уровня нагрузки.
Длину отрезков раздробленных волокон измеряли после фотографи рования их изображения в инструментальном микроскопе. В результате измерений 1400—2200 отрезков волокон получены кривые распределения по длинам раздробленных волокон, а также количество дроблений в за висимости от уровня нагрузки. На рис. 5 приведена плотность распреде ления для разрушенного при изгибе углепластика с объемной долей во локон jx=0,64. Аналогичные кривые получены для остальных партий композитов, а также для разрушенного при растяжении нагруженного до а=0,93сгк углепластика.
Логично предположить, что первый максимум на кривой распределе ния раздробленных отрезков по длинам соответствует так называемой неэффективной длине, т. е. длине, на расстоянии которой от разрыва восстанавливается номинальное напряжение на волокне [2]:
где <р — степень восстановления напряжения на длине А. Приравняв эту длину величине, соответствующей первому максимуму, и зная р,, £„ и GM, можно определить величину <р. Для трех испытанных образцов ком позитов с коэффициентом JUL= 0,64, 0,6, 0,54 экспериментальные величины А равны 0,13, 0,15 и 0,17 мм, что во всех случаях соответствует величине <р=0,96-^0,98.
п
1.0 *
Рис. 4. Изменение от носительной раздроб ленности волокон при растяжении компо зита.
|
|
Рис. |
5. Распределение |
0.5 |
1.0 |
раздробленных отрез- |
|
|,м* ков |
волокон по дли |
||
|
|
|
нам. |
Характер дробления волокон при разрушении углеволокнистого ком позита свидетельствует о наличии объемного характера разрушения даже при высоких степенях наполнения р>60% - При этом следует подчерк нуть, что, как показывает кинетика дробления, по мере роста нагрузки объемное разрушение возникает не только перед распространяющейся магистральной трещиной на последней стадии разделения образца на части. Этот процесс, проявляющийся в накоплении повреждений, в клас сическом понимании, включает ускоряющееся накопление микрообраз цов, их разрастание и объединение, приводящие в конечном счете к пол ной потере несущей способности. Представляет интерес предельное зна чение количества разрывов, предшествующее разрушению углепластика.
Удобно ввести характеристику дисперсной разрушенности материала
P = jj Ю0%, где N — общее количество структурных элементов в об
разце; п — число разрушенных элементов. В нашем случае за структур ный элемент естественно принят объем композита, содержащий одно во локно длиной Д. Поскольку каждый такой элемент может испытать только один разрыв, то число разрушенных элементов отождествляется с количеством разрывов волокон. Точную величину Р в предельном состоя нии трудно определить из-за быстрого изменения этого параметра перед разрушением (см. рис. 4). Ее трудно определить и в образце после раз рушения из-за очень большого количества волокон (75 000—90000 в од ном образце), большого количества разрывов и локализации разрывов в окрестности магистральной трещины. Ориентировочный подсчет дает значение 3—4% в очаге разрушения.
Расчет теоретической прочности и дробления волокон. Расчет дробле ния волокон в однонаправленном композите, который, по-видимому, впервые приведен в [2], уточнен в дальнейшем в разных публикациях. Однако основные предпосылки расчета во всех подходах фактически одинаковы: прочность волокон определяется распределением Вейбулла (1), в расчете определяются вероятности появления одиночных разры вов, групп из двух, трех и т. д. разрывов. Разрушение образца происхо дит, когда в нем появляется по крайней мере один разрыв произвольно большого размера.
Чтобы упростить вычисление коэффициента перенапряжения в ок рестности дефекта, предполагается, что дефект всегда имеет дискообраз ную форму и что перенапряжены только ближайшие к дефекту волокна, причем перенапряжения вдоль волокна распространяются на величину
Рис. 6. Вероятность появления в образце дефекта разной величины. Цифры у линий — значения i.
Рис. 7. Масштабный эффект прочности и уровня предельной повреждаемости: 1 — нап ряжение; 2 — поврежденность.
эффективной длины. Тогда расчет дробления сводится к следующим при
ближенным формулам:
п
Pn = Pl П Pi.tr-и
г=2
где P[ = F(o) — вероятность появления одиночного разрыва — опреде ляется по формуле (1) для /= 2Д; Л ь п > \ — вероятность появления группы из п разорванных элементов; Л 1— условная вероятность разру шения по крайней мере одного элемента рядом с уже разрушенным;
Лiw определяется аналогично. При этом
Гl-F(kto)
Р*1~ 1 L 1 - F (a ) |
J |
где k\ — коэффициент перенапряжения; F(k\o) — вероятность разруше ния элемента при уровне напряжения k\o\ п\ — количество элементов, испытывающих перенапряжение k\. Вероятность перехода двойного раз рыва в тройной определяется с учетом истории нагружения:
32 |
1 - F (k 2a) |
1П2'Г l —F(k2a) |
|
-F(kia) |
J L Тl^- F] ( a ) |
||
|
где п2 — количество соседних элементов двойного дефекта; п2\ — коли чество тех соседних элементов, которые после разрыва первого волокна уже получили перенапряжение k\.
Вероятности Л 4, Л 5 и т. д. определяются по аналогичным формулам. Коэффициенты перенапряжений Л* определяются с учетом допущений, что дефект заменяется равновеликой круговой трещиной, матрица ком позита работает упруго и перенапряжения воспринимаются ближайшим к дефекту рядом элементов.
Вероятность образования в структуре с N элементами по крайней мере одного разрыва величиной не меньше п определяется следующим образом:
Wn= 1 —exp ( —РпЩ .
При достаточно большом п все кривые для Wm ( т ^ п ) сливаются. Эта предельная кривая определяет появление макроразрыва. В отличие от [2], где для плоского случая разрушающий дефект образуется от раз рыва двух или трех рядом стоящих волокон, в нашем случае слияние кривых Wn происходило лишь при п > 30 (рис. 6). Приравняв Wn= 1/2, получаем уровень разрушающей нагрузки ав на волокно в композите, после чего определяем Л , Р2 в момент разрушения.
Для параметров образца 1 результаты приведены на рис. 7. Видны зависимость прочности от величины образца (масштабный эффект) и значительная зависимость параметра разрушенности от размеров об разца. Это означает, что для образца больших размеров разрушение происходит при меньшем уровне средней критической дисперсной разру шенности. Рассматривая только некоторую окрестность магистральной трещины, можно ее отождествить с образцом меньших размеров, в кото ром произошел разрыв, и расчет показывает, что в окрестности разрыва
|
|
|
|
предельная дисперсная разрушен- |
|
|
|
|
Табл з |
ность возрастает и Р достигает |
|
|
|
|
_____ _ |
значения 4—5%. |
|
Образец |
^В' |
Р. |
а ва „ |
Испытанные образцы компози- |
|
(кгс/мм2 |
тов имели УУ^0,5-М • 107. Полу- |
||||
кге/мм3 |
% |
||||
|
|
|
--------- |
ченные при этом значения Р и |
|
1 |
242 |
1,16 |
156 |
величины предельного напряже |
|
2 |
235 |
0,88 |
141 |
ния Ов на волокно представлены в |
|
3 |
250 |
0,89 |
135 |
табл. 3. |
Полученные значения для образцов 1 и 2 хорошо согласуются с экс периментальными значениями табл. 2. Для образца 3 полученное совпа дение хуже, поскольку зависимость прочности от длины базы для этих волокон менее удовлетворительно аппроксимируется распределением Вейбулла. Полученные данные для Р удовлетворительно согласуются с приведенными выше экспериментальными результатами.
Выводы. 1. Однонаправленные углепластики с высоким коэффициен том армирования при растяжении и изгибе разрушаются по схеме объ емного разрушения, т. е. с постепенным накоплением разрывов волокон.
2.Уровень объемной поврежденности Р зависит от размера образца; наблюдается локализация объемной поврежденности в окрестности раз рыва образца.
3.Прочность волокон при разных длинах удовлетворительно аппрок симируется распределением Вейбулла, хотя в кривых плотности распре деления прочности наблюдается некоторая полимодальность.
4.Прочность композита определяется Р% квантилем распределе ния прочности волокон, экстраполированного на неэффективную длину; коэффициенты вариации волокон и композита не связаны функциональ ной зависимостью.
5.Распределение отрезков волокон в разрушенном углепластике
имеет максимум при неэффективной длине с коэффициентом восстанов ления, равным 0,96—0,98.
СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы
1.Тамуж В. П., Куксенко В. С. Микромеханика разрушения полимерных мате риалов. Рига, 1978. 294 с.
2. Rosen В. W. Tensile failure |
of fibrous composites. |
— AIAA J., 1967, N 2, |
p 2325_2331 |
|
1968, N 12, p. 2325—2331. |
3. Zweben C. Tensile failure of composites. — AIAA J., |
||
4. Милейко С. T., Сорокин H. M., Цирлин A. M. Распространение трещины в боро |
||
алюминиевом композите. — Механика |
полимеров, 1976, № 6, с. 1010— 1017. |
5.Милейко С. Т. Микро- и макротрещины в композитах. — В кн.: Разрушение композитных материалов. Рига, 1979, с. 13—16.
6.Метод определения разрывного напряжения элементарной нити для стеклянных
материалов. ГОСТ 6943.5—79. 25 с. |
vol. |
17, N 1, p. 49—53. |
|
7. |
Cwastiak S.. Bari J. В., Didchenko. Carbon, 1979, |
||
8. |
Hitchon J. W., Phillips D. C. Fibre Sci. Technol., |
1979, |
N 3, p. 217—233. |
9.Конкин А. А. Углеродные и другие жаростойкие волокна. М., 1974. 375 с.
10.Калнин И. Л. Поверхность углеродных волокон, ее модифицирование и влияние на разрушение высокомодульных углепластиков. — В кн.: Разрушение композитных материалов. Рига, 1979, с. 221—230.
11. |
Barnet J. R., Noor М. |
К. International conference on carbon |
fibres, their place |
|
in modern technology. London, |
1974, paper N 6. |
|
||
12. |
Watt W. Carbon, 1972, vol. 10, N 4, p. 121—143. |
N 4, p. 315—320. |
||
13. |
Jones B. F., Wilkins |
B. J. S. Fibre Sci. Technol., 1972, vol. 5, |
||
14. |
McMachon P. E. Anal. Test Method High .Modul. Fibres and Composites, Phila |
|||
delphia, |
Pa, 1973. 376 p. |
согласия опытного распределения с |
теоретическими. |
|
15. |
Правила проверки |
|||
ГОСТ 11.006—74. 24 с. |
|
|
|
|
Институт механики полимеров |
Поступило в редакцию 07.07.81 |
|||
АН Латвийской ССР, Рига |
|
|
|
Научно-производственное объединение «Химволокно», Мытищи