Механика композитных материалов 5 1980

при расчетах изменение происходило линейно в области 90—110°С), то вычисления показывают, что напряжения в этой области меняются до­ вольно резко, даже изменяют знак. Поэтому при исследовании свобод­ ного объема необходимо учитывать изменение плотности, вызванное чисто механическими причинами. Учет изменения остальных физико-ме­ ханических характеристик в области стеклования затруднен из-за отсут­ ствия достаточно полных и надежных экспериментальных данных. Можно сказать, что выше области перехода качественно напряжения весьма малы из-за низких упругих свойств полимера и хорошей релакса­ ционной способности.

3. Рассмотрим задачу о температурных напряжениях в армирован­ ном цилиндре. Этому вопросу посвящена обширная литература (см. об­ зорную статью [2]). В данной работе учтены зависимость свойств поли­ мера от температуры, наличие высокоэластической деформации связую­ щего, а также действительное распределение температуры по сечению цилиндра. Охлаждение производилось с наружной и внутренней поверх­ ностей с постоянной скоростью. Нами был обобщен на изотермические процессы подход, предложенный в [7]. В результате вместо уравнений

(1) — (4) были получены аналогичные соотношения с некоторыми приве­ денными значениями постоянных. Уравнение (5) тогда перепишется в следующем виде:

где £ф, Ет— соответственно окружной и радиальный модули упругости; аг, аф — КТР соответственно в радиальном и окружном направлении; Рпр — коэффициент Пуассона. Граничные условия аг(а) = оу(6) =0; Ь, а — наружный и внутренний радиусы цилиндра.

Исследование (6) показало, что зависимостью постоянных от темпе­ ратуры, при большом содержании стекловолокна, в левой части уравне­ ния можно пренебречь, за исключением зависимости ЕГ(Т). Влияние вы­ сокоэластической деформации связующего при этом же условии оказа­ лось невелико; оно приводит к возрастанию радиальных напряжений после окончания охлаждения примерно на 10%•

Вероятно, это возрастание может приводить в отдельных случаях к разрушению изделий в процессе хранения. Этот рост напряжений осу­ ществляется за счет релаксационных процессов на уровне микрострук­ туры композита.

Если для каждой точки внутри цилиндра нарисовать зависимость напряжения от температуры в этой точке, а затем провести огибающую этого семейства кривых (которая является зависимостью максималь­ ного напряжения, наблюдающегося при данной температуре, от темпера­ туры), то при различных скоростях охлаждения разница между огибаю­ щими будет весьма существенной (рис. 5).

Это подтверждается также работой [11], где приведены результаты экспериментов, которые доказывают возможность изготовления более толстостенных изделий при выборе режима охлаждения, создающего наиболее однородное температурное поле внутри цилиндра.

Таким образом, полученные результаты позволяют поставить задачу об отыскании оптимального режима охлаждения, применяя который, можно охладить изделие, не повреждая его, от температуры отвержде­ ния до температуры эксплуатации за минимальное время. Этот способ воздействия на температурные напряжения представляется нам одним из наиболее простых и удобных с технологической точки зрения.

УДК 678.067:539.4:620.172

В. Д. Протасов, А. Ф. Ермоленко, Е. Ф. Харченко, И. П. Дмитриенко

ОРАЗРУШЕНИИ ОРГАНОВОЛОКНИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫПРИ РАСТЯЖЕНИИ В НАПРАВЛЕНИИ АРМИРОВАНИЯ*

1. Характерной особенностью разрушения однонаправленного компо­ зитного материала на основе органических волокон и полимерной мат­ рицы при растяжении в направлении армирования является практически полное расчленение образца вдоль армирующих элементов [1]. Образо­ вавшиеся после разрушения образца элементы структуры объединяют в себе группы волокон, которые можно идентифицировать с армирующими нитями, используемыми при изготовлении композита. Это может быть объяснено тем, что вследствие крутки нитей или жгутов, используемых для армирования, их поверхностной обработки, наличия шлихты и дру­ гих причин (например, электризуемость нитей при переработке в изде­ лие) армирующие нити в пластике сохраняют структурную обособлен­ ность. Такая обособленность нитей в пластике приводит к тому, что структура однонаправленного материала состоит из высокоармированных с содержанием волокна до 80% участков — нитей в полимерной матрице — и чередующихся с ними областей неармироваиного связую­ щего. Отмеченные особенности структуры создают предпосылки для рассмотрения нитей (пучка связанных волокон) в качестве самостоя­ тельных армирующих элементов при анализе процесса разрушения.

В процессе нагружения структурная обособленность нитей в плас­ тике увеличивается в результате распространения трещин в неармированном связующем в пространстве между нитями. Непосредственные микросгруктурные исследования материала показывают, что основные микроструктурные дефекты! — поры, которые могут явиться источниками трещин, локализуются преимущественно между нитями, а не внутри их. На рис. 1 представлены экспериментально полученные кривые распреде­

Доклад, представленный на IV Всесоюзную конференцию по механике полимер­ ных и композитных материалов (Рига, октябрь 1980 г.).