Критична довжина - волокно - Велика Енциклопедія Нафти та Газа
Критична довжина - волокно
Композиції з дискретними односпрямованими волокнами характеризуються наявністю орієнтованих у напрямку осі розтягування волокон довжиною If let де lc - критична довжина волокна, нижче якої матриця не здатна повністю передавати навантаження на волокно; при lf/с волокно залишається недовантаженим. Це зумовлено такими причинами. [16]
Під критичною довжиною армуючих волокон в односпрямованому пластику розуміють їхню мінімальну довжину, при якій дотичні напруги на межі розділу з матрицею, що передає навантаження на волокна, достатні для реалізації міцності волокон. Висновок формул для розрахунку критичної довжини волокон базується на одній з п'яти теорій розподілу поздовжньої напруги на межі розділу волокно - сполучне [2, с. У чотирьох з них передбачається, що компоненти пластику деформуються пружно, а в п'ятій - що сполучна виявляє пластичні властивості. [17]
На рис. 5 представлений ще один приклад розподілу напруги в композиті. І тут вводиться таке фізичне поняття, як критична довжина волокна , що є основним під час створення теорій прогнозування передачі навантаження через поверхні розділу. [19]
Поняття меж міцності матриці та волокна ам і 0В загальновідомі; їх значення входять до ряду виразів, наприклад правила суміші. Межа міцності матриці при зсуві входить у вирази для критичної довжини волокна, що забезпечує передачу навантаження від матриці до волокна. Деякі з інших властивостей, введених на рис. 3, не застосовувалися раніше і мало використовуватися в книзі через незнання відповідних кількісних значень. Вони введені для того, щоб підкреслити їх важливе значення длярозвитку закінченої теорії поверхні розділу у системах третього класу. Втім, один із цих параметрів, а саме межа міцності продукту реакції, було визначено кількісно. Меткалф [26] вказав, що модуль пружності з'єднання, що утворюється при взаємодії, інший, ніж у матриці та волокна. [21]
Як волокнисті зміцнювачі застосовуються високоміцні скляні, вуглецеві, борні та органічні волокна, металеві дроти, а також волокна і ниткоподібні кристали ряду карбідів, оксидів, нітридів та інших сполук. Існує поняття критичної довжини волокон. Якщо вона не менша за певну величину (обрізання волокон), то композиційний матеріал лише незначно поступається за міцністю композиції з безперервними волокнами. [22]
Слюда і волластон має краще співвідношення жорсткості і маси, ніж скловолокно, проте слюда дуже абразивна і гігроскопічна, а у волластоніту низьке відношення довжини волокна до діаметру. Ця характеристика є дуже важливою, оскільки визначає ефективність волокна при посиленні матриці. При перевищенні певної критичної довжини волокна даного діаметра зі збільшенням навантаження відбувається розрив, а чи не подовження полімерної основи. [23]
Методом гальванічного осадження було отримано композити з 12 про. % вусів, питома міцність яких досягала 864 км при 523 К - Відтворюваність зразків була поганою, так як вуса руйнувалися в процесі пресування, головним чином, за рахунок відмінності їх розмірів. Більш того, при високих температурах ( - 1250 К) через дуже слабкий зв'язок покриття та вусів міцність композитів падала приблизно до 2 1 кг/мм2, і при руйнуванні відбувалося висмикування вусів. Низькі властивості міцності композиту були обумовлені тим, що внаслідок слабкого зв'язку критична довжинаволокна, що передає навантаження, значно перевищувала довжину вусів, що знаходяться в композиті. Низька міцність зв'язку була викликана нестабільністю покриття, наприклад, дифузією вольфрамового покриття Ni-матрицю при формуванні зв'язку. [25]
На рис. 14, а наведено схему випробувальної установки та її найбільш важливі частини. Слід зазначити, що ця довжина є дуже незначною; для даної системи вона становить величину лише трьох діаметрів волокна. Результати, отримані за підвищеної температури, наведено на рис. 14 0, звідки легко визначити критичну довжину волокна. Очевидно, вона залежить як від температури випробування, так і властивостей компонентів, що входять до складу композиту. [26]
По-друге, умови навантаження, що виникають у зразках з волокнами, що витягуються, незважаючи на уявну схожість з умовами, існуючими в реальних композитах з короткими волокнами, не ідентичні останнім. Це викликано тим обставиною, що з випробуваннях навантаження додається безпосередньо до волокна, а композитах навантаження завжди додається через матрицю. Якщо у зразку для витягування довжина заробленої частини волокна дуже велика, то зазначена відмінність не має вирішального значення, оскільки довжина заробленої частини є достатньою для адекватного розподілу навантаження між волокном і матрицею. Однак у багатьох системах з металевою матрицею це неможливо через високу міцність поверхні розділу, оскільки вже за малої глибини загортання досягається критична довжина волокна/кр. [28]
В обох роботах передбачалося, що передача напруги від матриці через волокно описується простою моделлю запізнення зсуву. Згідно з цією моделлю, навантаження на волокно передається лише за рахунок виникнення напруг зсуву на поверхні розділу волокно - матриця.Вплив сусідніх волокон, кінців розглянутого і подальшого волокон і вплив складного напруженого стану нехтують. Цей простий підхід (рис. 12) дозволяє зробити елементарні механічні розрахунки низки важливих характеристик композитів із короткими волокнами. Автори робіт [13, 33] показали, що існує довжина передачі навантаження (мінімальна довжина короткого волокна, починаючи з якої воно навантажується до того ж рівня, що і нескінченно довге волокно), і розвинули відповідну концепцію критичної довжини волокна . [29]
У композиціях із короткими волокнами полімер є безперервною фазою. Зсувні напруги в матриці максимальні в кінці волокон і поступово зменшуються до нуля до їх середини. Розтягуючі напруги в волокнах дорівнюють нулю на кінцях і поступово зростають до постійного значення в середній частині волокна. Сума довжин кінцевих ділянок волокна, необхідних для досягнення максимального значення напруг, що розтягують в них, часто називається критичною, або неефективною довжиною LKp, так як кінцеві ділянки є неефективними в опорі навантаженню. Іншими словами, волокна повинні мати довжину не менше ніж LKp, щоб напруга розтягування в них досягала максимальних значень. Критична довжина волокна залежить від відношення модулів пружності обох фаз, міцності зчеплення між фазами, міцності при зсуві матриці та міцності при розтягуванні волокон. [30]