МОДЕЛИРОВАНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПРОЧНОСТИ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ ПРИ МЕЖСЛОЙНОМ СДВИГЕ Кузьмин С.А.,Тарасов П.П.,Дьячковская Т.К.

Северо-Восточный Федеральный университет им. М.К. Аммосова


Номер: 4-3
Год: 2014
Страницы: 81-86
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

напряжения, намоточные композиты, прочность, cold climate, winding composites, strength

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В работе приведены результаты исследования влияния температурных напряжений на прочность ортогонально и одноправленно армированного композита, соотношения прочности при межслойном сдвиге для однонаправленного и ортогонально армированного стеклопластиков при различных температурах.

Текст научной статьи

Для оценки работоспособности композитов в условиях холодного климата первостепенное значение имеет исследование влияния отрицательных температура на механические свойства. Известно, что при воздействии отрицательных температур в композитах возникают температурные напряжения из-за разности КТР волокна и матрицы. Влияние температурных напряжений на прочность стеклопластиков при межслойном сдвиге количественно можно показать на примере моделей, приведенных на рисунке 1. Прочность модельных композитов при межслойном сдвиге определим в зависимости от напряженного состояния в прослойке связующего, расположенной в срединной плоскости образца. В первом приближении можно принять, что температурные напряжения в прослойках связующего распределены равномерно по сечению образцов. Рис. 1. Расчетные модели стеклопластиков: а - повторяющийся элемент однонаправленного композита, б - повторяющийся элемент ортогонально армированного композита Рассмотрим повторяющийся элемент однонаправленного композита (рис.1а). Запишем условия совместности деформаций: eх(1)= eх(2) (1) eу(1)= eу(2) И условия равновесия: Pх(1)+Pх(2)=0 (2) Py(1)+Py(2)=0 Выражения для деформаций имеют следующий вид: где ЕII, aII, E^, a^ - модули упругости и КТР армированного слоя в направлениях вдоль и поперек волокон; n^II,n II^ - коэффициенты Пуассона армированного слоя; Е0, a0, n0 - тоже для матрицы, DT - разность температур. Так как: Px(1)= sx(1)*h1 Px(2)= sx(2)*h2 (4) Py(1)= sy(1)*h1 Py(2)= sy(2)*h2 То получаем следующую систему уравнений: (5) sx(1)*h1+sx(2)*h1=0 sу(1)*h1+sу(2)*h1=0 Решение системы (5) в части напряжений в матрице имеет следующий вид: Выражение (6) можно упростить. Несложно показать, что при квадратичной упаковке волокон и коэффициенте армирования y=0,55 (экспериментально y=0,54…=,57) получаем h2/h1=0,2. Учитывая также EII>E>E0, приходим к следующим упрощенным зависимостям: Далее рассмотрим повторяющийся элемент ортогонально армированного композита (рис.1б). В силу симметрии (структура 1:1): h1=h3; h2=h4; εх(1)= εу(3); εу(1)= εх(3); εх(2)= εу(4)= εу(2)= εх(4)= ε0 (8) Px(1)=Py(3); Py(1)= Px(3); Px(2)= Py(4)= Py(2)= Px(4)= P0 Поэтому можно ограничиться двумя уравнениями совместности деформаций: εх(1)= ε0 (9) εо=εу(1) и одним уравнением равновесия: Px(1)+ Pу(1)+2 P0=0 (10) используя выражение для деформаций: (11) Получаем следующую систему уравнений: (12) Ее решение в отношение d0: (13) Учитывая выше изложенные соображения, можем записать упрощенную зависимость: Для определения характеристик армированного слоя брались те же расчетные зависимости и константы. Коэффициент армирования армированного слоя y* при известном коэффициенте армирования композита y=0,55 и h1/h2=0,2 будет равняться (14) y*=0,66. Расчетные зависимости температурных напряжений в матрице от разности температур (Т=1000С) приведены на рис. 2. Теперь перейдем непосредственно, к расчету прочности композитов при межслойном сдвиге с учетом температурных напряжений в матрице. Пологая, что прочность адгезионной связи стеклопластике выше, чем когезионная прочность матрицы, используем в расчете критерий Гольденблата - Копнова[1]. Для однонаправленного композита имеем: (15) где R+A, R-A, R#A - прочность матрицы при растяжении, сжатии и сдвиге, соответственно. Рис. 2. Температурные напряжения в прослойках матрицы: sх,sу - однонаправленный стеклопластик,sо- ортогонально армированный стеклопластик Прочность матрицы при сжатии и сдвиге может быть приближенно выражено через прочность при растяжении [2]. R-A= -2,3 R+A; R#A=0,86 R+A (16) (17) Подставляя (16) в (15), получаем: Для ортогонально армированного композита критерий имеет следующий вид: (18) С учетом (16) получаем: (19) В таблице 1 приведены значения прочности при межслойном сдвиге для образцов однонаправленного стеклопластика различной толщины, которые нормированы к характеристикам ортогонально армированного стеклопластика, полученным на образцах толщиной 10 мм (образцы других толщин отсутствовали). Там же приведены расчетные значения, полученные по формулам (17) и (19). Таблица 1 Соотношения прочности при межслойном сдвиге для однонаправленного и ортогонально армированного стеклопластиков при различных температурах Толщина образцов, мм Rt/Rt (0/90) -600C -200C +200C +600C 3/10 1,27 1,17 0,86 0,95 5/10 1,52 - 1,13 - 10/10 1,65 - 1,38 - Расчет 1,24 1,11 1,05 1,02 Как видно из таблицы, имеет место удовлетворительное сопоставление экспериментальных и расчетных данных. Для двух видов эпоксидных стеклопластиков были определены температурные зависимости в диапазоне -600….+600С [3], результаты показаны на рис.3. Показатели нормированы к значению прочности образцов при 200С. Полученные данные качественно иллюстрируют роль температурных напряжений. Как видно из рис.3. рост прочности существенно зависит от структуры армирования. Рис.3. Температурные зависимости прочности эпоксидных намоточных стеклопластиков при межслойном сдвиге: 1 - структура 00, 2 - структура 00/900

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.