Механика композитных материалов 3 1983

деформации, вызывающие сильный разогрев. И то, и другое пагубно для многоцикловой усталости.

Следует отметить, что значения К в табл. 5 определены без учета разогрева, который снижал oR. Однако, как показал анализ, это не мо­ жет внести существенных погрешностей в значении К. Для случая рас­ тяжения с /? = 0,1 органопластика ОП-1, где имел место наибольший разогрев, по данным работы [ 1 1 ] значения oR были скорректированы по средней температуре образцов за время испытаний. Полученные величины Vк с учетом разогрева, приведенные в табл. 6 (в знаменате­ лях), подтверждают этот вывод.

Корреляция oR и а* использована в экспресс-методе оценки зави­ симости oR(q) армированных пластиков [20]. Сущность его заключа­ ется в том, что экспериментальная кривая усталости строится только для одного значения q, а для остальных достаточно ограничиться опре­ делением а* при статическом нагружении на идентичную деформацию. Для материала ОП-1 при растяжении (см. табл. 6) можно использо­ вать с этой целью также корреляцию од с оп и Е. По-видимому, такая, возможность имеется и у иных однонаправленных пластиков при растя­ жении их вдоль волокон. При симметричном осевом нагружении луч­ шая корреляция од будет с меньшим из пределов пропорциональности на растяжение или же на сжатие, как показано в [13].

Отметим, что в табл. 4—6 для осевого нагружения пределы вынос­ ливости даны в значениях амплитуд. Можно было привести од в мак­ симальных напряжениях для R = 0,1 и минимальных для R = 10. От этого существо выводов и точность корреляции между сд и статичес­ кими характеристиками не изменятся.

Выводы. 1. Показано влияние влаги на циклическую деформативность и накопление усталостных повреждений армированных пласти­ ков. Для одинаковых долговечностей значения деформации и повреж­ даемость с повышением влагосодержания уменьшаются; эффективные напряжения к началу макроразрушения близки к значениям статичес­ ких пределов пропорциональности на идентичные виды деформаций.

2.Установлено, что кривые усталости в координатах о —\g N для различного влагосодержания подобны, а относительная величина диа­ пазонов напряжений, соответствующих одинаковым долговечностям, постоянна. Эти закономерности можно использовать для сокращения трудоемкости испытаний.

3.С повышением влагосодержания сопротивление пластиков цик­ лическому и статическому нагружению снижается, при этом сохраня­ ется плотная корреляция между пределами выносливости и статичес­ кими пределами пропорциональности для идентичных деформаций. На

в компонентах композита по сравнению с исходным состоянием.

1. Панферов К. В., Романенко И. Г. Влияние температурно-влажностных и хи­ мических факторов на физико-химические свойства стеклопластиков. — В кн.: Иссле­

3. Тынный А. Н. Прочность и разрушение полимеров при воздействии жидких сред. Киев, 1975. 206 с.

4. Смирнова М. К., Соколов Б. П., Сидорин Я. С., Иванов А. П. Прочность

сами из стеклопластиков. Л., 1967. 191 с.

6 . Захаров В. Н. Влияние эксплуатационных факторов па циклическую прочность

структуры полигетероариленовых волокон на свойства органопластика. — Механика

(в печати).

12. Тарнопольский Ю. М., Кинцис Т. Я. О механизме передачи усилий при дефор­ мировании ориентированных стеклопластиков. — Механика полимеров, 1965, № 1,

с.100— 110.

13.Олдырев П. П. О корреляции между статической и усталостной прочностью

15.Олдырев П. ГГ, Парфеев В. М., Комар В. И. Уточнение методики определения усталостной долговечности полимерных материалов по температуре разогрева. — Ме­ ханика полимеров, 1977, N° 5, с. 906—913.

16.Олдырев П. П. Новый метод ускоренных испытаний композитных материалов на усталость в режиме мягкого нагружения. — Завод, лаб., 1980, № 9, с. 847—852; Способ испытания материалов на усталость. Авт. свидетельство СССР № 836564. —

Открытия. Изобретения. Пром. образцы. Товар, знаки, 1981, № 21, с. 206.

17.Олдырев П. П. Исследование деформативных свойств, рассеяния энергии и разрушения жестких полимерных материалов при длительном циклическом нагруже­ нии. Дис........канд. техп. наук. Рига, 1968. 174 с.

18.Олдырев П. П., Тамуж В. П. О разрушении стеклопластика при циклическом растяжении—сжатии. — Механика полимеров, 1971, № 4, с. 654—662.

19.Перов Б. В., Скудра А. М., Машинская Г. П., Булаве Ф. Я • Особенности разрушения органопластиков и их влияние на прочность. — В кн.: Разрушение ком­

позитных материалов. Рига, 1979, с. 182— 186.

20. Олдырев П. П. Способ определения сопротивления усталости материала при тепловом воздействии и воздействии среды. Авт. свидетельство СССР № 951107. — Открытия. Изобретения. Пром. образцы. Товар, знаки, 1982, № 30.

УДК 620.178:678

В.Ф. Удовенко, В. И. Кобрин, В. П. Ельчанинов, В. Д. Гречка,

С.Г. Кушнаренко

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ

ДИСПЕРСНО-АРМИРОВАННЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Известно, что дисперсно-армированные композитные материалы, работающие в нестационарных тепловых режимах, испытывают термоусталостное нагружение, возникающее за счет разности коэффициен­ тов линейного теплового расширения матрицы и наполнителя. При

этом прочностные характеристики таких материалов изменяются во времени [ 1, 2].

Задача настоящей работы состояла в исследовании влияния термоциклирования на прочностные свойства композитных образцов трех составов по режиму —140^± 135° с в продолжение 60 циклов в условиях глубокого вакуума. В образцах в качестве наполнителя использовали термообработанный мелкоизмельченный базальт (85—90 мае. ч.), в ка­ честве связующего (15 10 мае. ч.) эпоксидно-кремнийорганическая смола ДМФ-135 + отвердитель; силикат натрия + 2% кремнефторис­

того натрия; ортофосфорную кислоту. В дальнейшем по тексту составы образцов обозначаются (а), (б) и (в).

Образцы имели форму куба с ребром 0,01 м. Исследования проводили в высоковакуумной криогенной камере, сконструированной и изготовленной в Физико-техни­ ческом институте низких температур АН Украинской ССР [3]. Камера содержит корпус, в который через съемный люк вводится теплообменник с испытываемыми образцами. Предварительную откачку воздуха из камеры осуществляли с помощью механического насоса ВН-2МГ, а до вакуума порядка 10-4 Па — с помощью диф­ фузионного паромасляного насоса ВН-5С. Для предотвращения попадания паров масла от форвакуумиого и Диффузионного насосов в камеру на вакуумной магистрали име­ ются водяная и заливная азотная ловушки. Используемая система молекулярного

в специальный теплообменник, состоящий из массивного медного основания 2 , с при­ паянной медной трубкой 3 для подвода жидкого азота и прикрепленной с помощью хомутов 4 лампой инфракрасного нагрева 5 марки КИ-220.630. Для повышения КПД

Рис. 1. Устройство для термоциклического исследования композитных образцов. По­ яснения в тексте.

Рис. 3. Влияние вакуума и термоцик-

исходном состоянии; 2 — образцы, вы­ держанные в вакууме не хуже 10~ 4 Па в течение 200 ч при постоянной темпе­ ратуре 18° С; 3 — образцы, подвергну­ тые 60-кратному термоцнклнчсскому нагружению в вакууме по режиму

-1 4 0 ^ 135° С.

ипосле проведения 60 термоцик­ лов. При этом в матрице и на­ полнителе микротрещин не обна­

ружено.

На рис. 3 представлены результаты исследования прочности на сжа­

нения механических свойств указанных композиций оказались' незначи­ тельными, однако анализ результатов с использованием методов математической статистики [5] с достоверностью, равной или большей 95%, показал, что после 60 термоциклов физико-механические свойства этих материалов все же ухудшаются. Глубокий вакуум снижает проч­ ность на сжатие образцов с эпоксидио-кремнийорганическим связующим на 0,97%, а термоциклическое нагружение дополнительно уменьшает ее на 7,18%. Основное влияние на падение прочностных свойств этих образцов оказывают циклические перепады температур, тогда как для образцов (б) основное разупрочняющее воздействие оказывает вакуум. Для образцов с составом (б) сгра:ф снижается на 21,6% после их вы­ держки в глубоком вакууме, а прочностные свойства дополнительно падают от воздействия циклического перепада температур на 8,46%. Прочность на сжатие образцов (в) падает незначительно как от влия^ ния вакуума (на 0,45%), так и вследствие совместного воздействия вакуума и термоциклического нагружения (на 1,2 1 %).

Наблюдаемые явления объясняются следующим. На полимерные связующие перестройка структуры вследствие сублимации легколету­ чих компонентов влияет меньше, чем ее изменение от циклических перепадов температуры, вызывающих термические напряжения из-за разницы линейных коэффициентов расширения матрицы и наполни­ теля. На прочностные свойства неорганических связующих вследствие близости коэффициентов линейного расширения матрицы и наполни­ теля термические напряжения влияют меньше, чем вакуум.

нов Ф. М., Зарубин В. А. Влияние термоциклнрования на механические свойства естественных композиций. — В кп.: Физика и механика деформации и разрушения. М., 1978, № 5, с. 75—85.

3. Максименко Г. И., Люличев А. И., Чупрынин Ф. И ., Корсунская И. Г. Влияние окружающей среды па процесс термического разрушения поверхности магниевых сплавов в вакууме. — Физика и химия обработки материалов, 1972, № 5, с. 106— 112.

4.Кобрин В. И., Данов А. С., Г речка. В. Д. Влияние тепловой нагрузки на дис­ персно-армированные композитные материалы. — Механика композит, материалов, 1982, № 1, с. 169.

5.Плескунин В. И., Воронина Е. Д. Теоретические основы организации и анализа

выборочных данных в эксперименте. Л., 1979. 232 с.

Физико-технический институт низких температур АН Украинской ССР, Харьков

Решение ( 11 ) точно удовлетворяет дифференциальному уравнению ( I ) ив общем случае приближенно граничному условию (2). Для оценки погрешности этого решения рассмотрим функцию бТ = Т—Т*, где Т — точное решение задачи (1) — (4).

Поскольку функция бТ удовлетворяет уравнению (1), то для нее справедлив принцип максимума [3]. Следовательно, максимального зна­ чения 167"| достигает на границе х = 0. Для оценки этого максимального значения рассмотрим функцию

дбТ/dxi разных знаков, можно утверждать следующее: функция V(y\) позволяет оценить максимальную погрешность в определении темпера­ турного поля ортотропной пластинки и выбрать тем самым оптималь­

ный коэффициент линейного расширения вдоль оси / (j = xty); vx — ко­ эффициент Пуассона, характеризующий сокращение в направлении у при растяжении в направлении х\ G — модуль сдвига.

Предположим, что пластинка свободна от внешней нагрузки, т. е.

Воспользовавшись преобразованием Фурье по у и получим:

P± = Q±[(a*ixr\2 — a*ty£) (y+ + h\) -2a*t,y® i\ y-]41

HFQ+[ (а:,:/л:Г2—a :i:/y^)у- + 2а*/у (Y++ /I I ) cor]];

qo(yi), а вне ее выполняются условия теплообмена Ньютона, то решение

лельной оси аппликат полосе ширины 2h внешней средой температуры t0(yi), движущейся с постоянной скоростью v в положительном направ­

где E {, a S — модуль Юнга для растяжения (сжатия) и температурный коэффициент линейного расширения вдоль оси i (i = x,y,z)\ Gyz — мо­ дуль сдвига; v*j — коэффициенты Пуассона.

Проведем расчет температурного поля и температурных напряжений для стеклотекстолитовой пластинки. Для простоты предположим, что температура внешней среды в области нагрева и коэффициент теплоот­

Вычисленные в работе [1] для рассматриваемой пластинки корни уравнения (17) — вещественные и неравные: pi = l; ц2= 0,83. Следова-