Динамика удара - Зукас Дж. А.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 1.29 зафиксирована типичная картина разрушений на тыльной поверхности композитных пластин с волокнами «Торнел» 300/5208. Были исследованы четыре различные укладки волокон: однонаправленная, двунаправленная 1:1, двунаправленная 2:1 и тринаправленная (или псевдоизотропная). Распределение по сопротивляемости ударному разрушению получилось следующим (от наилучшего к наихудшему): 1) двунаправленная 1:1, 2) тринаправленная, 3) двунаправленная 2:1 и 4) однонаправленная.
В образце с однонаправленной ориентацией волокон возникающая при ударе трещина проходит сквозь всю толщу образца, и только опорное кольцо препятствует дальнейшему росту трещины. В пластинах с многонаправленной ориентацией волокон армирование в нормальном к направлению трещины направлении останавливает трещину и тем самым ограничивает ее развитие.
Результаты по влиянию толщины пластины и нарастающей скорости на характер разрушений (рис. 1.30) не требуют разъяснений. Как Статическое вдавливание (F= 9,11 кН)
Удар (V= 6,35 м/с)
J L
А В
Трещины ^ на тыль- " но и поверхности образца
ШЖННМЕНІ 1»
- С
I
г» —
^1""
^—Тыльная поверхность^
Микротрещиньї 40Х WX Микрогпрещцны
Сечение A-A Сечение в-В
Рис. 1.27. Картины разрушения в пластинах из композита «Торнел» 300/эпоксид, подверженных статическому вдавливанию и удару. 5 б
Рис. 1.28. Ударное разрушение в псевдоизотропных композитных пластинах, армированных волокнами трех различных
типов.
а - материал «Целион» GY 70/5208; скорость удара V = 2,54 м/с, толщина пластины ї = 3,35 мм, объем волокон /?/ = 61,7%, содержание пустот /:,. = 0,12%, б - материал «Модмор» II/5208, V = 2,54 м/с; t = 4,24 мм, kf = 55,9%, kv = 0,81%, е-материал «Торнел» 300/5208, V = 2,54 м/с, г = 3,53 мм, kf = 58%, kv = 0,93%. Примечание Радиус пластины 38,1 мм; ударник-стальной шарик диаметром 38,1 мм; укладка материала [(0, -60, 60)4]$. a o б г
Рис. 1.29. Влияние укладки волокон на ударное разрушение в пластинах из композита «Торнел» 300/5208.
а-однонаправленная укладка; скорость V = 2,54 м/с; толщина пластины г = 3,53 мм; объем волокон kf = 58,5%; содержание пустот kv= 0,85%; б-двунаправленная укладка 1:1; V = 2,54 м/с; t = 3,63 мм; kf = 56,2%; к„ = 0,92%; в-двунаправленная укладка 2:1; V = 2,54 м/с; t = 3,58 мм; fcr = 58,1%; кг = 0,70%; г-тринаправленная укладка; V = 2,54 м/с; t = 3,53 мм; fcr = 58%; kv = 0,93%. Разрушение композитных материалов
43
б г д
Рис. 1.30. Влияние толщины пластины и скорости удара на разрушение в псевдоизотропных пластинах из композита «Торнел» 300/5208.
а-V = 1,9 м/с; б- V = 2,54 м/с; в-V = 5,08 м/с; г-V = 6,35 м/с; d-V= 6,75 м/с. о, б-г1,68 мм; kf =63,2%; kv = 1,03% (при F = 1,27 м/с разрушений нет); e-d-t = 6.83 мм; kf = 58,5%; k„ = = 1,07% (при F = 4,88 м/с разрушений нет).
и ожидалось, рост толщины пластины приводит к увеличению сопротивляемости разрушению. На основании экспериментальных результатов, полученных в работе [16], ожидаемые пороговые скорости для инициирования разрушения в композитных пластинах толщиной 1,68, 3,53 и 6,83 мм приблизительно оцениваются величинами 1,9, 2,54 и 5,08 м/с соответственно.
Как было показано теоретически [30] и экспериментально [29, 33], любое предварительное нагружение пластины будет изменять ее реак- 44
Г лава 2
Ofil2 г
OtOtO
г
§ 0,006
0,004
0,002
Порог катастрофического разрушения
Кинетическая энергия снаряда, Дж
5 /О 15
_LJ_LJ_I
О 50 75 100 Скорость снаряда при ударе, /и/с
Рис. 1.31. Влияние скорости снаряда на деформацию катастрофического разрушения [29].
О разрушений при ударе нет, • разрушение при ударе
О 4 в 12 16 20 24
Кинетическая энергия снаряда, Дж
Рис. 1.32. Повышение сопротивляемости разрушению при замене заполнителя. Снаряд-алюминиевый шарик диаметром 12,7 мм [33].
а в
• ¦ разрушение при ударе, О ? разрушения при ударе нет. Разрушение композитных материалов
45
цию на удар. На рис. 1.31 показаны экспериментальные результаты по определению порога катастрофического разрушения для пластины из графито-эпоксидного композита «Торнел» 300 при ударе сферическим снарядом из алюминия диаметром 12,7 мм. Размещение волокон в 48 клееных плитах соответствовало схеме (± 45/02/± 45/02/± 45/0/90)2s-Пластины подвергались предварительному нагружению одноосным сжатием до различных уровней деформации и после этого испытыва-лись ударом алюминиевым снарядом без снятия нагрузки. В то время как неповрежденные (не подвергавшиеся удару) пластины разрушались при осевых деформациях сжатия, превышающих 0,008, разрушение пластин, испытывающих удар со скоростью 100 м/с, происходило при гораздо меньшем значении деформации 0,0031.
Влияние свойств заполнителя на порог катастрофического разрушения показано на рис. 1.32. Пластины имели ту же конфигурацию и ис-пытывались таким же образом, что и рассмотренные выше. В обоих случаях армирующим волокном был «Торнел» 300. Свойства при растяжении для двух материалов заполнителя показаны на вставке (рис. 1.32). Результаты по влиянию свойств заполнителя согласуются с теоретическими выводами (разд. 1.2.1).
