Влияние пористости на физико-механические свойства углепластика при растяжении и сжатии — КиберПедия 

Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Влияние пористости на физико-механические свойства углепластика при растяжении и сжатии

2017-09-30 573
Влияние пористости на физико-механические свойства углепластика при растяжении и сжатии 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

Испытания на растяжение

В большинстве случаев снижение прочности для образцов при испытаниях на растяжение объясняется прежде всего ростом числа дефектов матрицы вызванных влиянием пор, как концентраторов напряжений и, как следствие, потерей прочностных свойств образца. В связи с этим, были проведены исследования для определения механических свойств образцов углепластика при растяжении с различной пористостью, изготовленных при разных режимах формования, а так же с различными схемами армирования. Установлены зависимости прочностных характеристик образцов от пористости, а также определено при каких значениях пористости наступает резкое снижение показателей прочности, после которых дальнейшее эксплуатирование материала является недопустимым.

Первичное разрушение образцов сопровождалось характерными щелчками и происходило при выпрямлении и отслоении перерезанных волокон. Далее разрушение происходило прорастанием относительно длинных трещин, в направлении приложения нагрузки, возникающим вследствие сдвига и расслоения в результате частичного разрушения армирующих волокон и полного разрушения матрицы. Все испытываемые образцы разрушились (рис. 1.18) в рабочей зоне, такой вид разрушения происходит от отслоения волокон и полного разрушения матрицы.

 

 

Рисунок 1.18. Вид разрушенных образцов углепластика после испытания на одноосное растяжение

Результаты испытаний на растяжение представлены в таблицах 1.8-1.10. Для наглядности результатов построены и представлены на рис. 1.19-1.20 графики зависимости предела прочности и модуля упругости от пористости, и показано её влияние на прочностные характеристики углепластика. Графики построены для механических характеристик с наиболее четко выраженным влиянием пористости и соответствуют данным таблиц 1.8-1.10.

 

Таблица 1.8. Результаты испытаний углепластика со схемой армирования (у1) и различной пористостью при растяжении

№ образца Пористость, % Модуль упругости при растяжении Е, ГПа Предел прочности при разрыве σв, МПа Модуль упругости при растяжении Е с доверительной вероятностью 0,95, ГПа Предел прочности при разрыве σв с доверительной вероятностью 0,95, МПа
  3,2 30,8 409,3 30,7±3,65 411,2±14,12
  30,7 412,9
  29,5 410,2
  31,3 409,9
  31,2 412,8
  4,9 30,1 393,1 29,3±2,90 393,2±15,11
  29,3 392,5
  28,4 393,7
  30,3 395,1
  29,1 394,2
  9,1 28,5 361,2 27,1±2,85 363,5±12,11
  26,4 362,1
  27,1 364,5
  26,3 367,1
  27,5 363,4

 

Таблица 1.9. Результаты испытаний углепластика со схемой армирования (у2) и различной пористостью при растяжении

№ образца Пористость, % Модуль упругости при растяжении Е, ГПа Предел прочности при разрыве σв, МПа Модуль упругости при растяжении Е с доверительной вероятностью 0,95, ГПа Предел прочности при разрыве σв с доверительной вероятностью 0,95, МПа
  3,1 90,9 1215,2 89,2±8,91 1214,1±20,1
  88,7 1213,4
  88,9 1214,8
  87,9 1212,1
  89,8 1215,8
    87,2 1163,2 85,3±6,13 1161,3±19,3
  86,3 1160,1
  83,8 1162,3
  85,2 1161,4
  84,1 1162,3
  9,2 75,9 1074,5 78,8±6,5 1073,7±17,1
  79,3 1072,8
  77,9 1071,6
  79,5 1075,7
  78,7 1073,4

 

Таблица 1.10. Результаты испытаний углепластика со схемой армирования (у3) и различной пористостью при растяжении

№ образца Пористость, % Модуль упругости при растяжении Е, ГПа Предел прочности при разрыве σв, МПа Модуль упругости при растяжении Е с доверительной вероятностью 0,95, ГПа Предел прочности при разрыве σв с доверительной вероятностью 0,95, МПа
  3,1 83,7 1197,6 83,7±6,31 1197,6±19,15
  84,6 1198,9
  81,9 1195,4
  82,1 1194,6
  83,3 1198,8
  5,1 80,1 1146,5 80,1±9,2 1146,1±21,18
  81,1 1147,2
  78,9 1148,5
  82,1 1143,1
  78,3 1148,1
  8,9 74,9 1062,9 73,9±7,14 1058,6±25,31
  72,8 1055,3
  71,6 1055,7
  75,4 1060,6
  74,8 1058,5

 

у2
у1
у3

Рисунок 1.19. Зависимости предела прочности при растяжении от пористости

 

у3
у2
у1

Рисунок 1.20. Зависимости модуля упругости при растяжении от пористости

Сравнение полученных данных с различными значениями пористости позволяет сделать заключение о значительном влиянии пор, как концентраторов напряжений, на значения прочности и другие механические характеристики углепластика. Приведенные данные показывают, что повышение показателя пористости, оказывает серьезное влияние на предел прочности и модуль упругости углепластика при испытаниях на одноосное растяжение. Снижение прочностных характеристик зависит от содержания пор и схемы армирования. Наименее чувствительным к изменениям характеристик оказались углепластики со схемами армирования У1 и У3. Снижение прочности и модуля упругости в них составило 14%. В тоже время для схемы армирования У2 это падение составило 20%. Такие потери, безусловно, должны учитываться при проектировании изделий и конструкций из данного материала.

В ходе проведения экспериментальных исследований механических характеристик волокнистых композиционных материалов было установлено, что один и тот же материал при различных значениях пористости разрушается по разным механизмам.

Испытания на сжатие

Характер разрушения образцов при сжатии, связанный с разрушением матрицы, и как следствие, расслоением материала и последующей потерей устойчивости слоев, представлен на рисунке 1.21. Результаты испытаний приведены в таблицах 1.11-1.13.

 

 

Рисунок 1.21. Пример разрушенного образца после испытания на сжатие

 

Таблица 1.11. Результаты испытаний углепластика со схемой армирования (у1) и различной пористостью при сжатии

№ образца Пористость, % Предел прочности при сжатии σв, МПа Модуль упругости при сжатии Е, ГПа Предел прочности при сжатии σв с доверительной вероятностью 0,95, МПа Модуль упругости при сжатии Е с доверительной вероятностью 0,95, ГПа
  3,2 369,8 35,9 370,9 ± 26,25 37,7 ±2,33
  368,7 36,4
  371,3 39,1
  372,5 37,7
  369,4 38,6
  4,9 353,3 35,2 354,9 ±27.13 34,28 ±1,56
  355,8 33,38
  356,1 36,18
  352,9 35,14
  354,6 32,4
  9,1 324,7 32,42 327,8 ±20,93 31,92 ±1,70
  325,5 32,22
  329,3 30,52
  328,9 33,12
  326,9 31,32

 

Таблица 1.12. Результаты испытаний углепластика со схемой армирования (у2) и различной пористостью при сжатии

№ образца Пористость, % Предел прочности при сжатии σв, МПа Модуль упругости при сжатии Е, ГПа Предел прочности при сжатии σв с доверительной вероятностью 0,95, МПа Модуль упругости при сжатии Е с доверительной вероятностью 0,95, ГПа
  3,1 280,5 30,4 280,8 ± 26,25 29,70 ±2,33
  279,7 28,7
  278,9 29,5
  282,3 27,7
  281,4 30,6
    268,8 28,3 268,7 ±27.13 26,28 ±1,56
  266,7 24,4
  269,4 27,1
  267,9 26,5
  268,5 25,8
  9,2 249,2 23,12 248,2 ±20,93 22,92 ±1,70
  247,5 21,92
  248,7 24,12
  249,5 22,72
  246,2 21,62

 

Таблица 1.13. Результаты испытаний углепластика со схемой армирования (у3) и различной пористостью при сжатии

№ образца Пористость, % Предел прочности при сжатии σв, МПа Модуль упругости при сжатии Е, ГПа Предел прочности при сжатии σв с доверительной вероятностью 0,95, МПа Модуль упругости при сжатии Е с доверительной вероятностью 0,95, ГПа
  3,1 421,3 40,5 420,1 ± 26,25 41,70 ±2,33
  422,2 39,6
  419,2 43,8
  420,5 42,4
  421,7 41,9
  5,1 402,5 40,3 401,9 ±27.13 39,28 ±1,56
  403,4 38,1
  400,8 41,4
  401,9 40,6
  399,6 39,5
  8,9 372,1 38,82 371,3 ±20,93 37,92 ±1,70
  371,5 36,52
  372,4 39,92
  370,3 37,42
  373,2 35,82

 

Данные о влиянии пористости на значения модуля упругости и предела прочности углепластика при испытании на сжатие показаны на графиках (рис. 1.22-1.23).

 

у2
у1
у3

Рисунок 1.22. Зависимость предела прочности при сжатии от пористости

у2
у1
у3

Рисунок 1.23. Зависимость модуля упругости при сжатии от пористости

В ходе экспериментальных исследований установлено, что повышение показателя пористости, оказывает серьезное влияние на предел прочности и модуль упругости углепластика при испытаниях на сжатие. Снижение прочностных характеристик зависит от содержания пор и схемы армирования. Наименее чувствительным к изменениям характеристик оказались углепластики со схемами армирования У1 и У3. Снижение прочности и модуля упругости в них составило 12%. В тоже время для схемы армирования У2 это падение составило 21%.

Выводы

Определено объемное содержание пор в образцах углепластика на основе эпоксидного связующего горячего отверждения изготовленного прессованием в виде листов с заданием 3-х различных схем армирования. Проведены экспериментальные исследования влияния пористости на свойства углепластика при растяжении и сжатии. В результате испытаний установлено, что повышение показателя пористости, оказывает негативное влияние на предел прочности и модуль упругости углепластика при испытаниях на растяжение и сжатие. При повышении пористости среднее значение предела прочности при растяжении снижается на 20%, а при сжатии - на 21% по сравнению со средними значениями, полученными при значениях пористости в 3,1 %.

 


Поделиться с друзьями:

Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...

Особенности сооружения опор в сложных условиях: Сооружение ВЛ в районах с суровыми климатическими и тяжелыми геологическими условиями...

Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.01 с.