Некоторых композитов

странения волн в материале. При кратковременном импульсном нагружении энергия с небольшим уровнем, сосредоточенная в малом объеме, может вызвать напряжений, которые приведут к разрушению или к какому-либо другому повреждению материала. Скорости распространения волн напряжений для некоторых композиционных материалов приведены в табл. 1 (там же для сравнения представлены скорости распространения волн в тради-

Вторым фактором^, отличающим импульсное нагружение от статического, является скорость изменения деформации. Как было установлено, при повышении скорости деформирования прочность некоторых композиционных материалов изменяется [156]. Как правило, при возрастании скорости деформирования предел прочности увеличивается.

Большинство создающихся материалов получают широкое освещение в технической печати и на профессиональных конференциях, но, по крайней мере, лишь через десять лет после разработки они становятся общедоступными. Не удивительно, что созданные материалы находят применение в тех случаях, о которых разработчики не могли даже предположить в течение первых лет после появления таких материалов. Примером может служить титан, который начал применяться благодаря своим высокотемпературным свойствам, а в настоящее время находит применение в сверхзвуковых самолетах благодаря хорошей свариваемости, хорошим усталостным характеристикам и меньшим размерам деталей, изготовляемых из него, по сравнению с алюминием. Важными характеристиками некоторых композиционных материалов является возможность их свободного конструирования, их высокие усталостные характеристики, позволяющие создать более простые и прочные композиции, снижающие затраты, идущие на сборку изделия, сокращающие энергетические затраты при механической обработке и т. д. Эти вопросы обсуждались в главах 2, 3 и 13.

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ НЕКОТОРЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ НАГРЕВЕ

B. Д. Катихин, А. И. Тананов. Исследование деформационной структуры и свойств некоторых композиционных материалов

Исследование деформационной структуры и свойств некоторых композиционных материалов при нагреве. К эти хин В. Д., Тананов А. И. Сб.

аспекты поверхностей раздела, физико-химические процессы на внутренних поверхностях раздела и, наконец, влияние состояния поверхности раздела на механические свойства некоторых композиционных материалов.

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ НЕКОТОРЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В НАПРАВЛЕНИИ ВОЛОКОН * а-10», °С-»

Рассмотрены вопросы механики разрушения конструкционных материалов при низких температурах. Описаны результаты исследования механических свойств, чувствительности к надрезу, характеристик разрушения ряда алюминиевых, титановых, никелевых сплавов и сталей, а также некоторых композиционных материалов при низких температурах, вплоть до температуры жидкого гелия (4 К). Дана оценка свойств сварных соединений ряда сплавов при низких температурах.

Аналогично образуется при нагреве и разрушении некоторых композиционных теплозащитных материалов пористый прококсованный слой (см. гл. 9).

Рис. 10.1. Удельная прочность и удельный модуль упругости алюминия (/), стали и титана (2), стеклопластиков (3), бериллия (4) и некоторых композиционных материалов

4. Проведенный с использованием теории протекании анализ композитов показал, что имеются критические точки, в которых должны происходит изменения в агрегации частиц и, как следствие, структурных уровней материала, в образовании которых «повинны» межфазные слои. Анализ их вклада в свойства композита привел ыас к предложению модели динамического межфазного слоя (ДМФС) с разработкой математического аппарата и компьютерной программы для его расчета. Показано, что для некоторых композитов объемная доля вклада наполнителя в ДМФС превышает долю матрицы.

Однако некоторые экспериментальные данные свидетельствуют о том, что это соотношение выполняется не для всех композитов (см., например, работу [27]). При составлении таблицы предполагалось также, что модули упругости и коэффициенты Пуассона при сжатии и растяжении одинаковы. И это предположение является справедливым не для всех композитов (см., например, работу [13]). Список дополнительных характеристик, которые могут оказаться необходимыми для некоторых композитов при определенных условиях, следующий:

С другой стороны, для отдельных материалов, например для аморфных полимеров при температуре стеклования Tg или для некоторых композитов, тепловое расширение зависит от истории температуры. В этом случае оно может быть найдено либо экспериментально с применением нужного температурного режима, либо теоретически при помощи, например, нелинейной модели, описывающей поведение материала вблизи Tg (Ферри [29]), или при помощи интегральных выражений, которые будут приведены в п. II, Г, 2, а.

Сведения о природе поверхности раздела, которыми мы располагаем в настоящее время, недостаточны для разработки новых аппретов, предназначенных для современных стеклопластов, особенно в случае упрочненных термопластиков. По сравнению с 1942 г. в решении этой проблемы достигнут значительный прогресс, однако до сих пор остается необъясненной очень высокая в отдельных случаях прочность слоистых пластиков. Как правило, это связывается с оптимальными условиями, когда аппрет, стекловолокно, смола и способ изготовления — все было «самым лучшим» (best evers). В табл. 1 приводятся прочностные характеристики некоторых композитов, полученных в таких оптимальных условиях в Военно-морской артиллерийской лаборатории США (НОЛ).

709(700) и полиимидного боропластика в процессе длительного старения. Как видно из результатов испытаний указанных компо-, зитов на сдвиг методом короткой балки при комнатной teMnepaTy-ре и при 260 и 315,6°С, максимальное снижение их прочности при комнатной температуре тюсле атмосферного воздействия достигает 10%. Изменения прочностных свойств композитов, вызванные старением при 260 °С, трудно анализировать, так как у некоторых композитов прочность на сдвиг снижается на 2—16%, а у других прочностыповышается на 10—21%. Боропластики теряют 8% первоначальной сдвиговой прочности. Затруднена также оценка результатов изменения прочности композитов при 315,6°С после длительного атмосферного воздействия: прочность на сдвиг некоторых углепластиков уменьшается на 10—32%, прочность других — повышается в пределах от 9 до 55%, сдвиговая прочность боропла-стиков понижается на 21 %.

Данная глава посвящена следующим вопросам. В разд. II дано более детальное определение однонаправленного композита и его физической структуры. Описаны характерные кривые напряжение — деформация некоторых композитов и виды поверхности разрушения. Приведены данные о типичных компонентах композитов волокна — неметалл и типичные кривые деформирования для них. Обсуждена также важная роль поверхностей раздела.

Числовые значения поправочных коэффициентов, входящих в уравнения (19), (20), (27)—(29), оцененные по изложенной методике, собраны для некоторых композитов в табл. III, взятой из [7—8]. На рис. 38 изображены кривые, построенные для некоторых типичных композитов по уравнениям полуэмпирического

Влияние влажности на прочность однонаправленных композитов было исследовано частично в целях их приложения к морским конструкциям. Фрид [26] отметил, что в испытаниях при комнатной температуре длительное воздействие воды не оказало заметного влияния на прочность стеклопластиков. У некоторых композитов отмечалось даже увеличение прочности.

— В противоположность обычным металлам, у которых чувствительность к концентраторам растет с ростом прочности, у некоторых композитов рост несущей способности сопровождается увеличением вязкости разрушения ')•

Таблица 1.1. Свойства некоторых композитов

Однако, как уже отмечалось, специфика некоторых композитов состоит в том, что об их механических свойствах можно говорить только в связи с определенной конструкцией (в крайнем случае, в связи с моделью, геометрически ей подобной). Механические свойства вырезанных из этой конструкции образцов будут существенно иными.