Механика композитных материалов 4 1980

12.Баев Л. В., Малинин Н. И. Исследование ползучести органического стекла (полиметнлметакрилата) при совместном действии растяжения с кручением. — Меха­ ника полимеров, 1966, № 5, с. 671—677.

13.Вилкс У. К., Крегерс А. Ф. Сложное нагружение нелинейно ползучего полимер­ ного материала. — Механика полимеров, 1967, Nq 3, с. 421—426.

14.Васин Р. А., Громова Н. А., Никиточкин А. Н., Огибалов П. М. Эксперимен­

тальное исследование полиэтилена при сложном нагружении. — Механика полимеров, 1974, № 1, с. 10— 17.

15.Вилкс У. К., Крегер А. Ф. Маложесткий трехкомпонентный измеритель дефор­ маций трубчатых образцов. — Механика полимеров, 1975, № 5, с. 949—951.

16.Крегер А. Ф., Вилкс У. К. Аппроксимация семейств кривых физически-нели-

нейной ползучести полимерных материалов на ЭВМ. — Механика полимеров, 1976,

№2, с. 220—229.

17.Дзене И. Я., Крегерс А. Ф., Вилкс У. К. Особенности процесса деформирова­ ния при ползучести и повторной ползучести полимеров в условиях одноосного растя­

жения. Часть 1.; ■— Механика полимеров, 1974, № 3, с. 399—404.

18.Дзене Й. Я., Крегерс А. Ф., Вилкс У. К. Особенности процесса деформирования при ползучести и повторной ползучести полимеров в условиях одноосного растяжения. Часть 2. — Механика полимеров, 1974, № 4, с. 589—598.

19.Дзене И. Я., Путане А. В. Коэффициент Пуассона при одномерной ползучести полиэтилена. — Механика полимеров, 1967, № 5, с. 947—949.

20.Дзене И. Я. Изменение коэффициента Пуассона при полном цикле одномерной ползучести. — Механика полимеров, 1968, № 2, с. 227—231.

21.Дзене И. Я-, Путане А. В. Коэффициент Пуассона полиэтилена при обратной ползучести. — Механика полимеров, 1968, № 3, с. 563—564.

Заметим, что полные деформации волокон e,i = Ef + dUi/dz, где е/ — уро­ вень деформаций в момент разрушения.

Если в процессе движения разрушившегося волокна касательные напряжения на его границе превысят значение сдвиговой прочности связи волокон и матрицы, то начнется процесс отслоения разрушивше­ гося волокна от матрицы. На этом участке z ^ z 0 движение будет опи­ сываться следующей системой уравнений:

Здесь, как и в работе [2], предполагается, что участок волокна испы­ тывает сухое трение о матрицу с постоянной интенсивностью сил трения Тд= /СяТг, где KR — некоторый коэффициент.

Системы уравнений (8) — (11) принадлежат к классу линейных ги­ перболических систем уравнений второго порядка. Совместное их ре­ шение с учетом условий стыковки по границе упругих и пластических деформаций, а также зоны отслоения было получено численно с по­ мощью метода характеристик, который позволяет получить решение, не обладающее числовой дисперсией вблизи фронта распространения волны разгрузки, что наблюдается, например, при использовании ме­ тода сеток [2]. Расчеты проводились по программе, составленной на языке ГДР-АЛГОЛ на ЭВМ БЭСМ-6.

З.ДИсследовалось перераспределение напряжений при разрушении волокон в бороалюминии./Исходя из реальных свойств компонентов,

'в качестве исходных данных использовали параметры E = Ef/Gm= 14, Yr = 0,0037; q2= G m/GT = 20; KR = 0,5. Объемная доля волокон У/ (в дит через Ь), значение сдвиговой прочности связи волокон и матри Tjb/тг, параметр Т1 = е//ут, характеризующий уровень нагрузки, при торой происходит разрушение волокна, варьировались в широких п делах. Результатами расчетов являются эпюры распределения осев перемещений Ui(t,z)/uT и растягивающих напряжений Ofi(t, z )/а/00 длине волокон и во времени, для различных сочетаний парамет] модели.

На рис. 2—6 сплошными кривыми показано распределение пере: щений и напряжений при упругопластическом деформировании м рицы на сдвиг без отслоения; штриховые кривые характеризуют вл ние отслоения на процесс деформирования волокон. Штрихпунктирг кривые на рис. 2 и 3 соответствуют результатам решения для «од волоконной» модели, когда волокна, соседние с разрушенным, закр лены [2]. Кривые на рис. 2—6 построены для значений парамет; У/ = 0,5; Tjb/xr=l,2; т|= 1.

п т. е. рассмотрение «многоволоконной» модели не вносит существенн поправок в поведение разрушившегося волокна, что свидетельств; о правомерности исследования процессов перераспределения напря] ний в разрушенном волокне в рамках «одноволоконной» модели [ Отслоение разрушившегося волокна от матрицы приводит к увеличен перемещений конца волокна (кривая 4 рис. 2), и, в результате дейсп сил трения, колебательного процесса не возникает. |

Т На рис. 3—6 приведены эпюры распределения осевых перемеще! Ui(t,z)/uT и соответствующих напряжений Ofi{t, z)/a/°° по длине раз шившегося волокна, по длине волокон первого, второго и треть j поясов для двух моментов времени t/tf = 4 и 16 (обозначены на рис. 3

!звездочкой). Здесь tf = dfj^Eflр/ — время прохождения волны разгру: на величину диаметра волокна df, a/°° — уровень напряжений в вол нах в момент разрушения.

^^Хнализ полученных результатов показывает, что включение в р смотрение волокон, окружающих разрушенное, приводит к уменьшег уровня волны перегрузки, которая возникает в разрушившемся воло

.UJ/UT

вслед за волной разгрузки (см. рис. 3—б). Перегрузка волокон, сосед-/ них с разрушившимся, имеет также сложный, динамический характер.] Г~Во-первых, можно выделить перегрузку волокон вблизи плоскости раз­ рыва (0^г/с(/^2,5)/как это было показано при статическом анализе [3] jtBfTBTopbix, волны перегрузки, которые формируются в плоскости разрыва и пробегают по значительной длине волокон, соседних с раз­ рушившимся. При этом для волокон второго и третьего поясов пере­

грузки второго типа выше первых^ Т Анализ соответствующих зависимостей (штриховые кривые) в слу­

чае отслоения разрушившегося волокна от матрицы показывает, что для начальных моментов (t/tf = 4) наличие отслоения вносит несуще­ ственные различия. Но в последующие моменты времени характер про­ цесса перераспределения напряжений принципиально меняется. В ре­ зультате действия сил трения в волокнах второго и третьего поясов воз­ мущение полей перемещений и напряжений на участках, прилегающих к плоскости разрыва, быстро затухает. Для волокон первого пояса наблюдается снижение уровня перегрузки, в плоскости разрыва вместо пика напряжений образуется площадка, длина которой примерно равна зоне отслоения. Развитие процессов отслоения волокон от матрицы приводит к уменьшению вероятности их разрушения{ Эти результаты важны при исследовании процессов разрушения композитов в вероят­ ностном аспекте [4], а также при моделировании механизмов разру­ шения на ЭВМ [5, 6].

На рис. 7 приведено распределение максимальных перегрузок по длине волокон соответственно первого, второго и третьего поясов. Из рисунка видно, что, хотя в области, прилегающей к плоскости разрыва, перегрузка волокон первого пояса существенно выше, на некотором удалении от плоскости эти перегрузки примерно одинаковы. На осно­ вании этих результатов можно сделать заключение о вероятности по­ следующих разрывов волокон в результате перегрузок. |

Параметром, необходимым для моделирования процессов разруше­ ния на ЭВМ, является коэффициент максимальных дополнительных перегрузок [6] A/C*= (a/i(Z=0) — а/00)/'^00. На рис. 8 приведены зависи­ мости АКг от объемных долей волокон с учетом перераспределения части нагрузки на матрицу [6]. Полученные значения динамических перегрузок примерно вдвое превышают значения, полученные при ста­ тическом анализе [3].

Рис. 7. Распределение максимальных перегрузок по длине волокон первого (/), вто­ рого (2) и третьего поясов (3).

Рис. 8. Зависимости коэффициентов дополнительных перегрузок от объемных долей

УДК 539.4:678.067.4:539.2

В.И. Костиков, С. А. Колесников, Е. И. Холодилова, С. В. Вавилки

А.Н. Полилов, В. К. Хохлов, Г М. Бутырин, А. П. Набатников,

И.П. Шепилов, А. Н. Шуршаков

ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ НА СВОЙСТВА ВОЛОКНИСТЫХ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ*

В настоящее время композитные материалы типа углерод—угле благодаря высокой термостойкости, хорошим прочностным xapai ристикам и малой плотности находят все более широкое применени различных областях техники. Однако их использование в силовых i струкциях встречает некоторые трудности, связанные с низкой щ ностью при сдвиге и малой предельной деформацией разрушения. TJ ным фактором, снижающим эти характеристики, является нарушение матрицы, связанная с деструкцией связующего, химической и терм! ской усадками матрицы в процессе получения композитного материи Вследствие этого углерод-углеродные материалы обладают достато развитой пористостью.

Исследование микроструктуры углерод-углеродных композитных териалов методом сканирующей электронной микроскопии показало, вокруг углеродных волокон имеются спиралевидные поры, т. е. воло не имеют прочной связи с материалом матрицы [1]. Поэтому при ра< жении в поперечном направлении и продольном сдвиге волокна почт* взаимодействуют с матрицей, и механические свойства определяютс основном материалом матрицы, ослабленной наличием пористости, личественно снижение прочности композитного материала при разр в поперечном направлении с ростом пористости матрицы описывае эмпирической зависимостью [2, 3].

Ор = Omax@~bPi