Особенности усталостного разрушения композитов

6.

Боллер в 1964 году опубликовал результаты исследований на циклическое растяжение пластмасс, армированных стекловолокном.

Особенности:

- Для КМ (как и для металлов) база принимается за 10⁷ циклов;

- Характер разрушения зависит от типа армирующего элемента (волокна, зерна и т.д.), от типа компонентов (металлы, неметаллы);

- Сопровождается различными микроразрушениями: отрыв по границе фаз, развитие трещин в матрице (в отличие от металлов для КМ нельзя выделить один параметр, характеризующий рост трещины);

- Изменение модулей упругости под действием усталостных нагрузок (уменьшение жесткости из-за накопленных повреждений);

- Разогрев полимерной матрицы:

1) Если , то разрушение происходит по механическому виду (например, за счет внутреннего расслоения);

2) Если , то разрушение происходит по тепловому виду (вследствие малой теплопроводности компонентов и невысокой теплостойкости матрицы, происходит очень быстро),

где – температура разогрева;

– температура структурных превращений;

- Отсутствие «истинного» предела выносливости у большинства КМ;

- Влияние окружающей среды;

- Силовой режим нагружения;

- Масштабный эффект;

- Мерой повреждения для металлов является длина трещины, для КМ их несколько: разрывы волокон, разрушение матрицы, расслоение, совместное разрушение матрицы и волокна, отрыв на поверхностях раздела, посторонние включения и т.д.

Сравнение усталостного поведения металла и КМ графически представлено на рисунке 13:

Рис. 13. – Сравнение усталостного поведения металла и КМ.

– величина повреждения;

– число циклов, время.

Участок 1 – начальный дефект;

Участок 2 – зона обнаружения повреждений;

Участок 3 – предельное повреждение;

Участок 4 – разрушение;

Участок 5 – возникновение трещины;

Участок 6 – распространение повреждений.