- •VIII. Усталость
- •Значения q для σ—n данных в предположении нормального распределения
- •2. Зависимости, описывающие рост трещины.
- •3. Расчет элементов конструкций на долговечность по числу циклов.
- •Особенности усталостного разрушения композитов.
- •5. Усталость слоистых, волокнистых, зернистых композитов. Слоистые км
- •Волокнистые км
- •Усталостная прочность пластмасс, армированных волокнами
- •Зернистые км
Усталостная прочность пластмасс, армированных волокнами
Смола |
Армирующий материал |
, кгс/мм2 = 107 |
, кгс/мм2 | |
Полиэфирная |
Стекломат из стекла |
2,86(1) |
12,04 |
0,24 |
Полиэфирная |
Стекломат со случайным распределением, стекло |
4,22(1) |
11,37 |
0,37 |
Полиэфирная |
Атласная ткань, стекло |
8,57(1) |
30,09 |
0,28 |
Эпоксидная |
Ортогонально-армированный нетканый КМ, стекло |
15,47(2) |
47,33 |
0,33 |
Эпоксидная |
Однонаправленный КМ, стекло |
23,91(2) |
83,2 |
0,29 |
Полиэфирная |
Однонаправленный КМ, углеволокно |
81,60(1) |
102,0 |
0,80 |
* (1) – пульсирующая нагрузка;
** (2) – знакопеременная нагрузка.
Таким образом, углепластик имеет наибольшую как абсолютную, так и относительную величины усталостной прочности.
Рассмотрим зависимость разрушающего напряжения от числа циклов при различных углах направления нагрузки по отношению к основному направлению (Рис.18) :
Рис. 18. – Зависимость разрушающего напряжения от числа циклов при различных углах направления нагрузки по отношению к основному направлению.
Следующая диаграмма усталости материала «полиэфирная смола + стеклоткань с атласным переплетением» показывает влияние окружающей среды (Рис.19):
Рис. 19. – Диаграмма усталости материала «полиэфирная смола + стеклоткань с атласным переплетением».
На рисунке 20 изображена диаграмма влияния разогрева матрицы (термопластичная смола):
Рис. 20. – Диаграмма влияния разогрева матрицы для термопластичных смол,
где 1 – композит: поликарбонат + стекло; 2 – поликарбонат.
На рисунке 21 изображено влияние типов волокон и объемной доли на долговечность:
Рис. 21. – Влияние типов волокон и объемной доли.
На рисунке 22 изображено влияние объемной доли волокна на предел выносливости боралюминия (однонаправленный, ):
Рис. 22. – Влияние объемной доли волокна на предел выносливости боралюминия.
Металлокомпозиты обладают хорошими температурными характеристиками.
Зависимость от числа циклов представлена на рисунке 23:
Рис. 23. – Зависимость долговечности от температуры.
1 линия – = 40%,= 0);
2 линия – = 33%,= 0,1).
На некоторых типах матрицы процесс залечивания дефектов идет быстрее, чем процесс их образования.
Для композита наблюдается уменьшение усталостной прочности на воздухе примерно в 5 раз при повышении температуры до 1000оС вследствие интенсивного окисления на воздухе.
Интенсивным окислителем для КМ являются: водяной пар, морская вода, водородная среда. Например, водяной пар уменьшает долговечность в 10 ÷ 200 раз.
Влияние асимметрии цикла представлено на рисунке 24:
Рис. 24. – Влияние асимметрии цикла.
Зернистые км
Частицы не препятствуют развитию трещины в матрице, поэтому от момента образования трещин до полного разрушения проходит очень короткое время. Особенно, если матрица – хрупкий материал.
На рисунке 25 представлена диаграмма усталости полимерного бетона:
Рис. 25. – Диаграмма усталости полимерного бетона.
Как только появляется трещина, сразу происходит разрушение, диаграмма почти прямая.