ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Неоднородность структуры и механических свойств из "Прессованные стеклопластики" Неоднородность структуры. При анализе структуры стеклопластиков можно выделить два рода элементов макроскопические и микроскопические. [c.199] Размеры макроэлементов имеют первый порядок малости по сравнению с характерными размерами детали. [c.199] За характерный размер детали нз стеклопластика можно принять ее толщину. Для крупных прессованных деталей она составляет обычно 5—20 мм. Тогда макроэлементами можно считать склеенные связующим стеклянные нити и пучки нитей (пряди), размеры сечений которых в прессованных деталях составляют около 0,1— 0,5 мм, т. е. на 1—2 порядка меньше толщины детали. [c.200] Стеклянные нити, применяемые для изготовления стеклопластиков, содержат обычно 200 и более элементарных волокон, диаметр которых равен 5—10 мкм. Приблизительно такие же размеры имеют промежутки между отдельными волокнами, заполненные связующим. Следовательно, стеклянные волокна и прослойки связующего представляют собой элементы микроструктуры стеклопластиков (элементы второго порядка малости). [c.200] В любой заданной точке стеклопластика (точнее, в ее окрестности с размерами второго порядка малости) может оказаться либо стеклянное волокно, либо связующее, причем присутствие того или иного компонента является случайным событием. Так как свойства стеклянного волокна и связующего в стеклопластике существенно различаются, то стеклопластики следует отнести к двухкомпонентным микронеоднородным материалам. [c.200] Как известно, в микронеоднородных материалах при деформировании возникают случайные структурные напряжения, оказывающие значительное влияние на развитие процесса разрушения. Параметры распределения случайных напряжений, обусловленных неоднородной микроструктурой материала, определяются из решения статистических краевых задач. Метод решения статистической краевой задачи теории упругости армированных сред изложен в работе [24]. [c.200] На прочность деталей из стеклопластиков, в том числе прессованных, сильное влияние оказывают дефекты структуры материала, которые можно разделить на два вида макроскопические и микроскопические. [c.200] Дефекты пресс-материалов, обусловленные несовершенством технологии их получения, рассматривались выше (гл. 1). В процессе переработки пресс-материалов эти дефекты, как правило, не устраняются. Наиболее опасным дефектом является искривление стеклянных нитей, приводящее к резкому снижению сопротивления материала растягивающим и изгибающим нагрузкам. [c.201] При изготовлении деталей из ориентированных пресс-материалов большое значение имеет правильная укладка лент полуфабриката в пресс-форму. Если направление волокон в изделии не совпадает с направлением наибольших нормальных напряжений, особенно при растяжении и изгибе, то прочностные характеристики изделия снижаются, причем одновременно увеличивается их разброс. В работе [178] приводятся данные, свидетельствующие о влиянии укладки в пресс-форму лент материала АГ-4С на показатели прочности и их рассеивание. [c.201] Неоднородность механических свойств. Неоднородность макроструктуры стеклопластиков приводит к значительному разбросу показателей прочностных и упругих свойств. Коэффициент вариации пределов прочности и модулей упругости стеклопластиков составляет обычно 10—30%, в то время как для металлов он редко превышает 5%. [c.201] Разброс упругих характеристик стеклопластиков, как правило, меньше, чем разброс характеристик прочности. Следует заметить также, что с изменением структуры стеклопластика модули упругости изменяются меньше, чем показатели прочности. Установлено [69 178, 43, с. 90], что на разброс механических характеристик, определяемых при испытаниях образцов, влияют также условия нагружения, главным образом способ приложения нагрузки. [c.201] Значительный разброс показателей прочности отмечается и при испытаниях прессованных деталей из стеклопластиков. В табл. 5.1 приводятся результаты испытаний на прочность некоторых прессованных деталей из стеклопластика АГ-4В. [c.201] Коэффициент вариации разрушающих нагрузок для всех деталей имеет значительную величину. В результате испытаний деталей установлено, что разброс деформаций (прогибов) обычно такой же, как и разброс разрушающих нагрузок, или несколько меньше. Например, коэф- фнциент вариации прогиба шайб диаметром 70 мм при нагрузке 5 кН составляет 11%, а разброс их прочности оценивается коэффициентом вариации 15%. [c.203] Экспериментальными исследованиями, проведенными на образцах и деталях, установлено, что распределение деформационных и прочностных характеристик прессованных стеклопластиков подчиняется нормальному закону. На рис. 5.7 приведена функция распределения прочности деталей из стеклопластика АГ-4В, построенная на нормальной вероятностной бумаге . Экспериментальные точки удовлетворительно ложатся на прямую линию. Следовательно, закон распределения прочности близок к нормальному. [c.203] Применение нормального закона для описания распределения показателей прочностных свойств стеклопластиков допустимо, потому что, во-первых, прочность стеклянных нитей распределена по закону, близкому к нормальному, и, во-вторых, на расположение структурных элементов в стеклопластике, определяющее проч ность материала, влияют многочисленные, как правило, независимые технологические факторы. Распределение прочности как результат этого влияния лучшим образом должно описываться нормальным законом. [c.203] Исследования, проведенные рядом авторов, показали, что распределение прочностных характеристик прессованных стеклопластиков может быть описано также законом Вейбулла и логарифмически нормальным законом [108, с. 224 164]. Применение закона Вейбулла к разрущению хрупких материалов теоретически обосновывается его совпадением с асимптотическим распределением минимального значения величины для достаточно большой совокупности [213, с. 5]. Логарифмически нормальный закон распределения удобно использовать при обработке испытаний прессованных стеклопластиков на длительную прочность. [c.203] Ввиду небольшого отличия параметров условных распределений в данном случае оказалось также возможным аппроксимировать экспериментальные данные одной функцией нормального распределения. [c.205] Статистическое описание. Вследствие неоднородности структуры материалов при решении практических задач по оптимизации структуры и прогнозированию свойств материала в изделии наиболее предпочтительны статистические модели и методы. Имеется значительное число работ по оптимизации структуры и прогнозированию свойств, в которых реализованы различные статистические подходы. [c.205] Вероятность того, что Я( ) = 1, приблизительно равна объемной доле арматуры в пластике. Будем считать, что объемное содержание арматуры во всех однотипных образцах и деталях, а также в макроскопических элементах структуры этих изделий одинаково и равно Ра- Тогда математическое ожидание Х(х) равно Ра и постоянно относительно координат. Если ввести более общее предположение, что многомерные функции распределения случайных величин 1(a i), (хг),. .. Я(х ), зависят лишь от взаимного положения точек M(xi), М(х2),. .., М(х ), то Х(х) как функцию координат можно считать статистически однородным случайным полем. Надо сказать, что предположение о статистической однородности поля ь(х) является уже весьма ограничительным. Из него, в частности, вытекает отсутствие разброса всех макроскопических свойств материала. В то же время такое предположение позволяет использовать для решения задач о прогнозировании свойств аппарат наиболее разработанных разделов теории вероятностей. [c.206] Если ф1=0°, ф2=60°, фз=—60° и ki — k2 = h— f , то, материал обладает одинаковыми упругими и теплофизи-, ческими свойствами во всех направлениях, т. е. равномерное армирование в трех направлениях в отношении упругих и теплофизических свойств эквивалентно равномерному армированию во всех направлениях плоскости (xixz). В последнем случае угол ф между направлениями XiH х равномерно распределен в интервале (0,2я), плотность распределения равна /(ф) = 1/2л. [c.208] Вернуться к основной статье