7.3.3. Вязкость разрушения композита

Одна из наиболее важных характеристик конструкционного мате­риала - его сопротивление распространению трещин или вязкость раз­рушения. В любом материале всегда есть внутренние дефекты (поры, трещины и т.п.), которые под действием сравнительно небольших на­пряжений могут увеличиться и привести к разрушению. От того, на­сколько хорошо материал сопротивляется распространению трещин, зависит надежность работы конструкций.

Одним из наиболее важных факторов, влияющих на прочность композиционных материалов, армированных как непрерывными, так и дискретными волокнами являются дефекты микроструктуры (поры, микротрещины и др.). Например, на практике условия, принятые для вывода уравнения (7.26) , нарушаются. Разрушаться волокна могут не одновременно, а последовательно из-за наличия в них дефектов. Наибо­лее дефектные волокна разрушаются при малых напряжениях, далеких от предела прочности, волокна с меньшими дефектами разрушаются при больших напряжениях, а в целом прочность композита будет мень­ше рассчитанной. То же самое можно сказать о случае, когда матрица имеет недостаточный запас пластичности, что приводит к появлению трещин на границе раздела и в объеме матрицы, т.е. к преждевременно­му разрушению композита.

Возможны и противоположные случаи, когда прочность однона­правленного армированного композита оказывается выше, чем опреде­ляемая уравнением (7.26). Например, если пластичная матрица армиро­вана пластичными волокнами, то при растяжении композита связь меж­ду волокнами и матрицей затрудняет образование шейки на волокнах. В результате волокна в композите деформируются более равномерно и уве­личивается условный предел прочности волокон и композита в целом.

Как отмечалось, технологические дефекты, неоднородности в рас­пределении наполнителя по объему, форме, анизотропии свойств при­водят к том}', что реальные характеристики армированных композитов отличаются от расчетных. Поэтому часто для паспортизации компози­тов используют экспериментально определенные упругие константы. Тем не менее приведенные уравнения можно применять для многих предварительных оценочных расчетов.

На рис. 7.7 схематично представлены различные типы морфологии разрушения для волокнистых композитов.

Рис. 7.7. Морфология разрушения волокнистого композита: а - хрупкое;

б - хрупкое с «вытаскиванием» волокна; в — вязкое

В настоящей главе проанализированы механические свойства ком­позитов. Однако все рассмотренные выше методы и подходы примени­мы для прогнозирования, описания и разработки композиционных ма­териалов с новыми электрическими, магнитными, оптическими и дру­гими свойствами.