Прикладная механика композитов

"22 К. Кедвард, Е. Спайер, Р. Арнольд

мирования в статическом режиме показана на рис. 3. Рез­ кое изменение наклона кривой при нагрузке Рсг соответствует моменту начальной потери устойчивости; нагрузка начала закритического локального разрушения обозначена Рсс. При усталостном нагружении пластин было обнаружено, что про­

разрушение образцов; образцы 3-F1 и 3-F2 оказались непри­ годными к дальнейшим испытаниям. Поэтому программа усталостных испытаний пластин без свободных кромок была прервана, а оставшиеся образцы использованы для нагруже­ ния по схеме с одной свободной кромкой. В табл. 4 и 5 при­ ведены обсуждаемые далее результаты статических испыта­

3-S1 по неизвестной причине разрушился при более низкой нагрузке. Разброс нагрузок закритического разрушения, ха­ рактерный для исследованных пластин, виден на рис. 4 и 5. Пластина серии 7 (рис. 5) отличается от остальных после­ довательностью укладки слоев (группы слоев 03 и 90 пере­ ставлены местами). Отношение b/t пластин серий 3 и 7 (3-S1, 3-S2 и 7-SI, 7-S2, рис. 3 и 5 соответственно) практически одинаково и критические нагрузки этих пластин приблизи­ тельно равны. Таким образом, изменение последовательности укладки слоев не влияет на сопротивление пластин началь­ ной потере устойчивости. Кроме того, нагрузка начала ло­

(разд. 1.3.3 настоящей работы) профилей, у которых крити­ ческая нагрузка стенок ниже критической нагрузки полок, по­ казывает, что разброс точек в ряде случаев довольно велик. По-видимому, как было показано ранее, это обусловлено не­ совершенством или дефектами опорных приспособлений. Для конкретных укладок параметр Fr/F тем ниже, чем ниже b/t. Для всех пластин с малым b/t, у которых слои ±45° вынесе­ ны на наружную поверхность, классическая теория устойчи­ вости дает значительно завышенные значения критической на­ грузки. С увеличением b/t различие между эксперименталь­ ными данными и расчетом по классической теории устойчиво­ сти в большинстве случаев уменьшается.

Рис. 4. Определение закритической прочности пластин серии 4 без свобод­ ных кромок; материал A-S/3501-6; укладка (±45/03/90],; b/t « 41; пооси абсцисс — сближение торцов, дюйм.

Рис. 5. Определение закритической прочности пластин серии 7 без свобод­ ных кромок; материал A-S/3501 -6; укладка f±45/03/90]»; b/t « 32; пооси абсцисс — сближение торцов, дюйм.

Интересно посмотреть, как изменяется закритическая прочность (напряжение закритического локального разруше­

предельного напряжения. С этой целью была построена

мости такого рода полезны для представления эксперимен­ тальных кривых закритического локального разрушения в двойных логарифмических координатах, где вместо экспери­ ментальных значений Fct представлены рассчитанные поклассической теории (уравнение (1.1)). Оказалось, что вели­

чина закритической прочности превышает критическое на­ пряжение начальной потери устойчивости для большинства испытанных пластин в соответствии*с общей тенденцией, вид­ ной на рис. 6. Следовательно, определив экспериментально или рассчитав величины Fcu и Fcrf можно, пользуясь пред­ ставленной зависимостью, получить приближенные нижние

Рис. 6. График приведенной закритической прочности пластин без свобод­

оценки закритической прочности пластин без свободных кро­ мок с любой последовательностью укладки слоев.

На рис. 7 результаты испытания в закритической области представлены на графике в двойных логарифмических коор­ динатах, как это сделано в [15]. Использованы те же пара­ метры, что и на рис. 6, только вместо экспериментального закритического предельного напряжения подставлена вели­ чина, рассчитанная по классической теории устойчивости (уравнение (1.1)). Как видно, разброс точек относительно прямой, проведенной методом наименьших квадратов, до­ вольно мал. Полученная зависимость, как было показано ра­ нее, дает приближенную оценку нижней границы закритиче­ ской прочности сжимаемых свободно опертых пластин с ука­ занными укладками слоев.

перемещение на рис. 8. Первоначально планировалось про­ вести усталостные испытания пластин 4-S3, 4-F1, 7-F1, 7-F2 по схеме опирания без свободных кромок. Однако эти испы­ тания были прерваны в связи с трудностями обеспечения заданных граничных условий. Резкое падение нагрузки на кривой 5-S2 (рис. 8) обусловлено возрастанием числа полу­ волн от двух до трех, что соответствует форме потери устой-

Рис. 7. График приведенной закритической прочности пластин без сво­ бодных кромок.

шей критической, причем его закритическая прочность в ста­ тическом режиме оказалась выше, чем у образцов, не под­ вергнутых усталостному нагружению. Дефектоскопия образ­ ца 5-F2 после усталостных испытаний не обнаружила изменений в композите. Образец 5-F1 разрушился в про­

ному испытанию, такое явление наблюдалось. Все образцы серии 6 имели высокую закритическую прочность, причем у образца 6-F2 она была наибольшей. Дефектоскопия образ­ цов 6-F1 и 6-F2 после усталостных испытаний не выявила изменений в композите. У образцов серии 6 разброс резуль­ татов по закритическим прочностям увеличился по сравнению с разбросом по критическим нагрузкам. Максимальная на­ грузка при усталостном испытании превысила критическую нагрузку потери устойчивости в три раза.

Заметим, что закритические прочности образцов 4-S3, 4-F1 после усталостного нагружения фактически одинаковы. Кри­ тические нагрузки этих образцов слегка различались. Кроме того, у образца 4-F1 наблюдалось изменение числа полуволн, а у 4-S3 нет. Попытка увеличить усталостные нагрузки по сравнению с выбранным уровнем обнаружила появление ди­ намических колебаний; оказалось, что в этом случае проис­ ходит, как и при испытании образца 5-F1, преждевременное разрушение в процессе усталостного нагружения. Образцы 7-F1 и 7-F2 отличались от остальных последовательностью укладки групп слоев f±45/90/03) s и первоначально предна­ значались для испытания по схеме опирания без свободных кромок. Оба образца выдержали усталостное и последующее статическое испытания по схеме с одной свободной кромкой. Кривые нагрузка — перемещение этих образцов оказались довольно схожими, хотя закритические прочности различа­ лись. Максимальные нагрузки при усталостном испытании были приблизительно в 3 раза выше критических нагрузок начальной потери устойчивости, так же как и у образцов се­ рии 6. Отношение b/t и закритические прочности образцов серий 6 и 7 близки, а расположение групп слоев 0° и 90° противоположно. Таким образом, оказалось, что поведение пластин из слоистых композитов с разными укладками при сжатии, когда одна кромка свободна, почти одинаково. Де­ фектоскопия образцов серий 6 и 7 после усталостных испы­ таний изменений в материале не выявила.