Лабораторна робота 5 Дослідження анізотропії модуля зсуву симетрично армованого композиційного матеріалу

Мета роботи

Досліджувати залежність модуля зсуву композиційного матеріалу від кута армування і порівняти отримані експериментальні дані з теоретичними результатами.

Короткі теоретичні відомості

В композиційних матеріалах з орієнтованою структурою розрізняють два види деформацій зсуву: зсув в площині укладання наповнювача, що відбувається під дією дотичних напруг , або , і міжшаровий зсув – під дією дотичних напруг або . В роботі досліджується зсув в площині укладання арматури.

Для визначення теоретичних значень модуля зсуву при різних кутах армування необхідно заздалегідь по паспортних характеристиках волокна і матриці і об'ємному змісту волокна визначити пружні характеристики однонаправлених шарів композиту:

– модуль пружності уздовж волокон по формулі:

;

– модуль пружності упоперек волокон по формулі:

;

– модуль зсуву:

(1)

де

;

. (2)

Для композиту, симетрично армованого під кутом ±, теоретичне значення модуля зсуву в площині армування можна розрахувати по формулі:

. (3)

При  = 0 і  = 90° ,

при  = ±45° .

На рис. 1 приведена залежність при різних співвідношеннях E1/Е2.

Рис. 1. Залежність модуля зсуву композиту від кута армування

Матеріали і зразки

Для випробувань використовується зразки шаруватого симетрично армованого композиту, наприклад, з вуглепластика (основа – вуглецева стрічка ЛУ-4, зв'язуюче – ЕДТ-10). Зразки отримані викладенням шарів до товщини , причому армуючі волокна в непарних шарах орієнтовані під кутом +, а в парних – під кутом - по відношенню до подовжньої осі зразка. Зразки пресуються при тиску 0,5 МПа і затвердівають по відповідному температурно-тимчасовому режиму. Загальний вид зразка показано на рис. 2. В роботі використовуються зразки, армовані під кутами:

 = 0; ±20; ±45; ±70; 90.

Рис. 2. Зразок симетрично армованого композиту

Устаткування і пристосування

Схема установки для визначення модуля зсуву показана на рис. 3.

Порядок виконання роботи

1. Визначити геометричні характеристики зразків, для чого в п'яти перетинах по довжині виміряти ширину „b” і товщину „” кожного з випробовуваних зразків з точністю ±0,05 мм.

2. Закріпити зразок №1 в нерухомому захопленні установки і встановити на зразку жваве захоплення на відстані L від точки затискання.

3. Встановити на жваве захоплення підвіску для важків і виставити з натягом індикатор годинного типу для вимірювання переміщення захоплення при навантаженні зразка.

4. Навантажити зразок зусиллям Р.

5. Записати свідчення індикатора переміщень а.

Рис. 3. Схема установки для визначення модуля зсуву КМ

6. Повторити п.п. 4 – 5 для навантажень 2Р, 3Р, 4Р, 5Р, визначаючи приріст переміщення а при зміні поперечної сили на величину Р.

7. Повторити п. 1 – 6 для зразків 2 – 5.

8. Дані вимірювань занести в табл. 1.

Обробка результатів випробувань

1. Обчислити середнє значення ширини і товщини, по формулах:

,

де n – кількість вимірювань параметра (n = 5).

2. Визначити площі поперечного перетину кожного із зразків композиту по формулі:

F = х b.

3. Обчислити середні значення переміщень по формулі:

. (4)

4. Розрахувати експериментальні значення кута зсуву по формулі:

. (5)

Розрахувати середні напруги зсуву, що виникають при додатку навантаження Р в кожному з випробуваних зразків, по формулі:

. (6)

5. Визначити експериментальні значення модуля зсуву для симетрично армованого композиту:

. (7)

6. По отриманих значеннях побудувати експериментальну залежність модуля зсуву від кута армування – графік .

7. По формулах (1) … (3) виробити розрахунок теоретичних значень модулів зсуву в площині армування для кожного з досліджуваних зразків.

8. Обчислити відхилення теоретичних значень модуля зсуву від експериментально отриманих для досліджуваних зразків, по формулі:

. (8)

9. Результати обчислень занести в табл. 1.

Контрольні питання:

1. При яких видах навантаження виникає деформація зсуву?

2. Який параметр характеризує деформацію зсуву?

3. Як визначається модуль зсуву однонаправленого композиту?

4. Від яких структурних параметрів залежить модуль зсуву композиту?

5. Як залежить модуль зсуву симетрично армованого матеріалу від кута армування?

6. Як залежить модуль зсуву від об'ємного змісту волокна?

7. Види руйнування композитів від деформації зсуву.

Таблиця 1 Дані дослідів і результати розрахунків

№п/п
±, град.
, мм
b, мм
F, мм2
Р, H
l, мм
а, мм
, рад.
, МПа
, МПа
, МПа
, %