Краткое описание оборудования
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10. Оценка длительной прочности по двухфазной модели однонаправленного композита
1. Цель работы: изучить методы испытаний на длительную прочность и её
теоретического описания.
Задачи выполнения работы:
- освоить применение моделей накопления повреждений;
- научиться определять параметры моделей длительной прочности по
результатам экспериментов.
Теоретическая часть
Запаздывающее разрушение однонаправленных композитов при растяжении
Статическая прочность однонаправленных композитов на растяжение вдоль волокон определяется в основном прочностью волокон, которая слабо чувствительна ко времени нагружения. Однако в условиях длительного или циклического нагружения матрица может существенно влиять на запаздывающее разрушение ( delayed fracture ). Для объяснения этого феномена рассмотрим структурную модель длительного разрушения однонаправленных композитов, растягиваемых вдоль волокон.
На рис. 10.1 приведены экспериментальные данные по длительной прочности однонаправленных углепластиков с обычной эпоксидной матрицей (тип 2) и с вискеризованной матрицей (тип 1), то есть с добавлением нитевидных кристаллов (усов) окиси титана. Статические прочности этих композитов 
практически не различались, однако при длительном нагружении образцы типа 1, как правило, не разрушались на базе 1000 часов при 0,9 
, а образцы типа 2 выдерживали при этом лишь несколько минут.
|
|
|
Различие в поведении композитов с одинаковыми волокнами объясняется тем, что при кратковременном нагружении свойства матрицы не успевают измениться и разрушение происходит при достижении растущими напряжениями предела статической прочности. При длительном (или циклическом) нагружении приложенные напряжения (или их размах) постоянны и разрушение происходит, когда рост дефектов в матрице снизит реализацию прочности волокон до уровня приложенных напряжений. Такой характер разрушения делает естественной формулировку модели двухфазного материала, в котором только один компонент – матрица – чувствителен ко времени нагружения, а прочность второго компонента – волокон – имеет статистический разброс, и хотя не зависит прямо от времени, но зависит от степени поврежденности матрицы ω. Считаем для простоты, что эта зависимость линейна
| (10.1) |
Для феноменологического подхода достаточно считать, что условие 
соответствует неповрежденной матрице и статической прочности , а условие 
связано с полным нарушением сплошности матрицы и с работой волокон как пучка с пределом длительной прочности 
.
|
|
|
Рис. 10.1. «Длительная прочность» однонаправленных углепластиков
(зависимости времени замедленного разрушения от уровня приложенных напряжений): x – 1 – тип 1, о – 2 – тип 2
Рис. 10.2. Длительная прочность однонаправленных стеклопластиков:
1 – эпоксидная, 2 – полиэфирная матрица
Для 
можно выбрать удобную монотонную аппроксимацию, обеспечивающую рост от 0 до 1 с ростом T (где 
или 
, t – время нагружения, N – число циклов):
| (10.2) |
где 
.
При 
время до разрушения 
. В (10.2) 
– единственный безразмерный экспериментальный параметр, характеризующий повреждаемость (чувствительность к росту поврежденности) матрицы.
Подставляя (10.2) в (10.1), получаем зависимость времени до разрушения от приложенных напряжений 
| (10.3) |
Краткое описание оборудования
Краткое описание оборудования, схема метода испытаний, вид образцов на растяжение – см. лаб. раб. 1.
Порядок выполнения работы
По приведенным кривым длительной и усталостной прочности найти коэффициент, определяющий скорость накопления повреждений в матрице, который, в свою очередь, влияет на реализацию прочности волокон. Полагая 
построить по формуле (10.3) кривые длительной прочности (рис. 10.1, 10.2) и сравнить их с экспериментальными данными.
|
|
|
Дата добавления: 2023-01-08; просмотров: 29; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!