Разрушения композиции

В настоящее время считают [5], что наиболее информативный параметр, сигнализирующий о приближении разрушения, — рост суммарного числа импульсов N с начала испытаний. В пользу такого подхода говорит тот факт, что каждый импульс АЭ — это, как правило, единичный акт разрушения. Коэффициент интенсивности напряжения в формуле (2.53) растет при каждом новом разрушении. Отсюда для разрушающегося объекта можно написать формулу, подобную (2.53):

Коэффициент пропорциональности Ct в экспериментах был близок единице при стандартном отклонении в определяемой величине вязкости разрушения в пределах от 3 до 7,5 %. Следовательно, между соотношениями (2.11) и (2.12) различия непринципиальны при проведении оценок вязкости разрушения или решении обратной задачи по определению уровня максимального напряжения в момент скачка трещины в плоском элементе конструкции.

и циклических измерений. Из рис. 6.2.2 видно, что датчики для малоцикловых измерений в условиях жесткого нагружения образца сохраняют практически на всей базе испытаний до разрушения коэффициент тензочувствительности постоянным вплоть до величины размаха деформаций порядка 2%, в то время как обычные датчики начинают менять свои характеристики с числом циклов нагружения уже с величины деформации 0,75—1%. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что как при статическом, так и при циклическом нагружении наблюдается увеличение показаний тензорезисторов при достижении предельных циклических (разность отсчетов показаний датчиков в k и (k — 1) полуцикле нагружения) и статических деформаций по сравнению с действительными задаваемыми деформациями. Видимо, это является следствием статического и усталостного разрушений тензонитей путем распространения микро- и макротрещин. Возможное отслаивание датчиков, разрушение подложки и клеевого слоя должны приводить к обратным эффектам.

4.2. КОЭФФИЦИЕНТ ИНТЕНСИВНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ 77

При исследовании разрушения материала необходимо учитывать, какой именно моделью следует пользоваться в расчетах: линейной или нелинейной. В этом случае важно проанализировать свойства материала. Ниже в упрощенной постановке рассмотрены два параметра, играющие важную роль в определении механизма разрушения: коэффициент интенсивности напряжений Ж и /-интеграл.

4.2. КОЭФФИЦИЕНТ ИНТЕНСИВНОСТИ РАЗРУШЕНИЯ

которое для устойчивой работы машины не должно превышать 3 — 4. При выборе величин, входящих в формулу (IV. 3), следует исходить не только из необходимости обеспечить надежную отстройку от резонанса, так как могут остаться неудовлетворенными требования стабильности нагружения, т. е. способности испытательных машин в той или иной мере сохранять заданный уровень напряженности в процессе развития усталостного разрушения. Коэффициент стабильности равен отношению начального усилия, приложенного к образцу, к усилию, воспринимаемому образцом после частичной потери жесткости, и может быть вычислен по следующей формуле [18]:

« Из анализа этой формулы видно, что коэффициент стабильности рассматриваемых машин всегда меньше единицы и по мере разрушения образца нагруженность его снижается тем значительнее, чем больше отношение жесткостей 'c2/Ci. Так как жесткость и определяется в основном конструктивными факторами и варьирование ее величины затруднено, то достичь необходимой стабильности можно путем подбора жесткости дина-

ретической (молекулярной) прочности, равной примерно 1000—1200 кГ/мм*. Разрушение стекла, начинающееся обычно с поверхности, обусловлено прогрессивным развитием поверхностных и внутренних микродефектов (микротрещин), образующих так называемые очаги хрупкого разрушения. Коэффициент прочности внутренних слоев стекла по отношению к прочности его поверхности составляет 2,5—3,5.

Как показали результаты испытаний (табл. 3), ухудшение условий теплоотдачи приводило к повышению температуры поверхности трения и к снижению температурного градиента в пластмассовых образцах. С ростом температуры поверхности трения и с понижением градиента температуры снижался коэффициент трения и возрастал износ пластмассовых образцов. При режиме отрицательной теплоотдачи испытания при скоростях РСК= 2,8 м/сек приводили к загоранию и разрушению пластмассовых образцов, поэтому скорость была снижена в два раза — иск = = 1,4 м/сек. Но и в этих условиях возникали значительные качественные изменения в пластмассовых образцах (•&* = 425° С и Aft/Az = 33 град/мм), что привело к изменению вида взаимодействия и разрушения. Коэффициент трения резко возрос, возрос резко также износ пластмассовых образцов.

Марка трактора и вид разрушения рам Появление разрушения Коэффициент ускорения испытаний

Одной из основных научных и технических задач в области изучения физико-механических свойств и структуры следует считать создание на основе системного подхода методик, с помощью которых можно моделировать условия, максимально приближенные к реальным (например, одновременное воздействие высоких температур, агрессивных сред и напряжений). Такой подход позволит, в частности, проводить теоретические разработки в области разрушения композиции «основной металл — покрытие», создать предпосылки для создания количественной и качественной теории прочности металлов с покрытиями с учетам эксплуатационных факторов [17].

Существенное влияние на особенности разрушения материалов с покрытиями и на характеристики контактной усталости оказывают условия деформирования, толщина покрытий и другие факторы. Для электролитических покрытий, по данным В. С. Калмуцкого/количество таких факторов достигает 15. Для газотермических покрытий их, вероятно, значительно больше. В. С. Калмуцкий предлагает решать задачу повышения контактной прочности металлов с покрытиями с учетом вероятностно-статистического характера реальных условий получения и нагружения покрытий [53, 54, 75, 76]. Оптимизация условий формирования и последующих обработок некоторых электролитических покрытий позволила повысить ресурс покрытий при контактном нагружении на 15—20%. Работоспособность деталей с покрытиями оценивалась по вероятности разрушения композиции «сталь — покрытие» или покрытия при Заданном уровне контактного нагружения.

Особо нужно отметить важность соблюдения следующего принципа: выбранный метод нанесения покрытий не должен снижать показатели вязкости разрушения композиции «основной металл — покрытие». -

Таким образом, в композиционной системе сочетаются два противоположных свойства, необходимых для конструкционных материалов — высокий предел прочности и достаточная вязкость разрушения. Высокая прочность достигается за счет использования хрупких высокопрочных волокон, а достаточная вязкость разрушения обусловлена пластичной матрицей и специфическим механизмом рассеяния энергии разрушения композиции. Кроме

Распределение напряжений в дискретных волокнах. В том случае, когда армирующие волокна непрерывны, напряжения в них постоянны на всей длине за исключением концевых участков. При малом разбросе частных значений прочности волокон в момент разрушения композиции напряжения почти на всех волокнах достигают их предела прочности. Если же композиция армирована короткими волокнами или усами, то активная роль матрицы состоит в том, чтобы путем пластической деформации передать напряжения волокнам и нагрузить их [45].

ванных непрерывными волокнами. Целесообразно определить рамки применимости этого уравнения. При выводе правила смеси предполагалось, что между составляющими композиции существует прочная связь; это означает равенство деформаций разрушения композиции, волокон и матрицы; ек = ев = ем. Правило смеси дает хорошее согласие с экспериментом только в том случае, когда распределение прочности волокон описывается острой б-функцией, т. е. когда средняя прочность волокон criH в момент разрушения композиции равна прочности большинства волокон, испытанных на разрыв в отдельности. Как правило, таким узким распределением прочности обладают металлические проволоки.

Работа разрушения композиционных материалов. Работа разрушения является важной инженерной характеристикой, во многом определяющей пригодность материалов для изготовления из них деталей и конструкций. Для волокнистых композиций общая работа разрушения значительно больше суммы работ разрушения составляющих с учетом их объемных долей. Это связано с тем, что при разрушении волокнистых композиций существуют специфические механизмы рассеяния энергии, такие как вытягивание волокон из своих гнезд и связанная с этим работа GBB, разрушение связи по поверхности раздела волокно — матрица. Последний процесс также связан с затратой энергии Gpc. В случае пластичных матриц, например металлических, большой вклад в работу разрушения композиций вносит работа пластической деформации GM. Таким образом, общая работа разрушения композиции будет состоять из трех слагаемых:

и поэтому работа разрушения композиции, обусловленная пластической деформацией матрицы, будет

Рис. 35. Деформация до разрушения композиции Al (606I) — борное волокно и борных волокон после отжига при 500° С:

Механизм разрушения композиции А1—В при испытаниях в поперечном направлении изучен Прево и Крайдером в [194, 195]. По мнению авторов, на прочность композиций в поперечном направлении оказывают влияние тип волокон, прочность связи, условия прессования композиции, прочность матрицы, остаточные напряжения. Борные волокна диаметром 140 мкм и волокна карбида кремния имеют более высокую прочность в поперечном направлении по сравнению с борными волокнами диаметром 100 мкм. В связи с этим в композициях, армированных борными волокнами диаметром 140 мкм и волокнами карбида кремния, доля расщепленных волокон значительно меньше и прочность в поперечном направлении выше. Изотермические отжиги влияют на прочность в поперечном направлении в той мере, в какой они способствуют увеличению или уменьшению прочности связи на поверхности раздела.

Теория композиционных материалов предполагает равномерное распределение волокон по объему матрицы, их одинаковую направленность и отсутствие проскальзывания на поверхности раздела матрица — волокно вплоть до разрушения композиции. Нагрузка, таким образом, распределяется между волокнами и матрицей, а деформации композиций ?*, матрицы ^м и волокна ?" будут одинаковы (?," = ?" = J;1 )• Прочность композиции <т* в таком случае изменяется в зависимости от объемного содержания упрочняющих волокон V (рис. 10.2).