производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 13. Композиционные материалы / 13.3. Волокнистые композиты / Глава 13.3.3. Прочность и особенности разрушения композитов

Прочность и особенности разрушения композитов. Для однонаправленного композита в условиях, когда направление приложения нагрузки совпадает с направлением волокна, соотношение нагрузок, воспринимаемых матрицей и волокном, следующее:

где Рв и Рм- нагрузка на матрицу и волокно соответственно; Vе и Vм — объем волокна и матрицы; Ев и Ем — модуль упругости волокна и матрицы.

Рис. 13.1. Классификация волокнистых композитов по конструктивному признаку

а — хаотически армированные коротким (1) и непрерывным (2) волокном; б — одномерноармированные непрерывным (1) и коротким (2) волокном; в — двумерноармированные непрерывными нитями (1, 2) и тканями (3); г — пространственноармированные тремя семействами нитей (1) и п семействами нитей (2)

Отсюда следует, что нагрузка, воспринимаемая волокнами, тем выше, чем больше их модуль упругости по сравнению с матрицей и объемная доля.

При малой объемной доле волокон прочность композита ниже прочности матрицы, так как волокна быстро нагружаются до предельных напряжений и разрушаются. Начиная с некоего критического объема (Укрит) прочность композита начинает расти, достигая при определенном объеме волокна прочности матрицы. Дальнейшее увеличение объемной доли волокон позволяет получить предел прочности композита, значительно превышающий предел прочности матрицы σм. Зависимость предела прочности композита σкм от объемной доли волокна описывается уравнением:

где σвв — предел прочности волокна; σтм — предел текучести матрицы.

При объемной доле волокон около 80 % механические свойства композита снижаются, потому что ухудшается сцепление между волокном и матрицей, так как матрица не в состоянии смочить и пропитать каждое волокно. Однонаправленные волокнистые композиты анизотропны. Вдоль направления волокна прочность композита значительно выше прочности матрицы, в перпендикулярном направлении равна прочности матрицы, в других направлениях имеет промежуточные значения.

Работа разрушения композитов зависит от направления распространения трещины. Сопротивление распространению трещины вдоль волокна значительно ниже, чем в поперечном направлении. В первом случае работа разрушения определяется лишь свойствами матрицы. Во втором она складывается из суммы работ на пластическую деформацию матрицы, разрушения связи волокна и матрицы, выдергивания волокон из матрицы.

Отличительной чертой волокнистых композитов является то, что вследствие высокой пластичности матрицы при разрушении какого-либо волокна происходит перераспределение напряжений между другими волокнами. Благодаря этому прочность композита в целом снижается незначительно, что является одним из преимуществ композита перед традиционными металлическими материалами.

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.