Механика композитных материалов 2 1980

УДК 539.4:678.067.7

П. А. Зиновьев, Е. М. Песошников, Б. Г. Попов, Л. П. Таирова

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ СЛОИСТОГО УГЛЕПЛАСТИКА

Механические свойства армированных волокнами пластиков в усло­ виях статического нагружения экспериментально исследовались, напри­ мер, в работах [1—6]. Тем не менее процесс деформирования многих композитных материалов, в том числе слоистых углепластиков, изучен еще недостаточно. Данные, приведенные в работах [1—3], говорят лишь о незначительном отклонении от линейно-упругого характера деформи­ рования угле- и стеклопластиков с различными схемами армирования. В то же время некоторые из аналогичных диаграмм, приведенные в [4—6], существенно нелинейны. Как отмечают авторы работ [4—6], та­ кое поведение вызвано трещинообразованием в полимерном связующем, начинающимся задолго до полного разрушения композита. Некоторые из моделей, учитывающие частичное нарушение монолитности слоистого материала без полной потери несущей способности, описаны в [7—9].

Весьма ограниченное количество экспериментальных данных по ис­ следованию существенно нелинейного поведения современных слоистых пластиков явилось причиной проведения серии испытаний, основные ре­ зультаты которых представлены в настоящей работе.

Испытания были проведены на многослойном углепластике КМУ-ЗЛ, изготовленном по следующей весьма распространенной технологии [10]. Углеродную ленту ЛУ-3 пропи­ тывали спирто-ацетоновым раствором эпоксиднофеноланилиноформальдегидного свя­ зующего 45—50% концентрации. Пропитку производили на вертикальной пропиточной машине со скоростью (1—2) м/мин. Затем лента поступала в сушильную шахту, где температура составляла 90±10°С . После просушки лента поступала на приемный стол, где ее разрезали на полосы нужной длины. Выкладку полос пропитанной ленты произ­ водили в соответствии с заданными углами укладки и числом слоев на прокладочные листы из коррозионно-стойкой двухсторонне шлифованной нержавеющей стали, предва­ рительно покрытые антиадгезионной полипропиленовой пленкой. Далее производили прессование пакета под давлением около 10 кгс/см2. После приложения нагрузки нагре­ вали до 135° С, затем следовала выдержка примерно 40 мин, опять нагрев до 145° С и выдержка не менее 6 ч. После этого обогрев выключали, и происходило естественное охлаждение под давлением до комнатной температуры. По такой технологии была изго­ товлена партия панелей листового углепластика КМУ-ЗЛ толщиной (1,5±0,05) мм, ко­ личеством однонаправленных слоев ленты 12 и массовым содержанием связующего 34—42%. Размер панелей в плане 400x450 мм.

Из панелей были вырезаны образцы-полоски, количество которых, геометрия и на­ правление волокон показаны в таблице и на рис. 1. Вырезку проводили на фрезерном станке абразивными кругами толщиной 1,5 мм при ручной подаче.

Испытания вели на машине «Инстрон» при скорости перемещения захватов 0,1 мм/мин. Замер продольных деформаций осуществляли механическим тензометром машины с базой 25 мм. Сигналы с силоизмерителя машины и с тензометра подавались на диаграммное устройство машины для записи зависимости усилие—продольная де­ формация. Погрешности замера усилий и деформаций не превышали 5%.

Были испытаны образцы со следующими схемами армирования 0°; ±15°; ±30°; ±45°; ±60°; ±75°; 90°; 0/90° (см. табл, и рис. 1).

Выводы. 1. Характер деформирования и разрушения углепластика имеет качественные отличия для разных схем армирования.

2.Диаграммы деформирования слоистого перекрестно армирован­ ного углепластика с углами армирования, близкими к ±45°, при одноос­ ном растяжении существенно нелинейны. В момент разрушения про­ дольные деформации образца составляют « 8 —9%.

3.Обнаружено явление остаточной пластичности перекрестно арми­ рованного углепластика с углами укладки волокон, близкими к ±45°.

4.Наличие нескольких циклов разгрузка—повторное нагружение практически не влияет на вид диаграммы деформирования углепластика вне этих циклов.

5.Площадь петель гистерезиса, величина остаточных деформаций и средний модуль упругости цикла разгрузка—повторное нагружение су­ щественно зависят от начального уровня напряжений и схемы армиро­ вания материала.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Гуняев Г М., Жигун И. Г., Лушин М. И., Воронцов И. А., Якушин В. А., Ру­ мянцев А. Ф. Зависимость упругих и прочностных характеристик высокомодульных

чев Е. И. Нелинейные зависимости напряжение—деформация для углепластиков при не­ прерывном статическом нагружении. — Механика полимеров, 1976, № 1, с. 49—53.

3.Упитие 3. Т., Рикарде Р. Б. Прочностные и деформативные свойства стеклоплас­ тика при плоском напряженном состоянии в зависимости от структуры армирования. — Механика полимеров, 1978, № 5, с. 848—859.

4.Rolem A., Hashin Z. Failure modes of angleply laminates. — J. Composite Materials, 1975, vol. 9, p. 191—206.

5.Ishai O., Lavengood R. E. The mechanical performance of bidirectional fiber-glass

polimerie composites. — Israel J. Technol., 1970, vol. 8, N 1—2, p. 101— 109.

6.Amijima S., Adachi T. Linear and nonlinear stress-strain response of laminated composite materials. Part 2. Nonlinear stress-strain response. — Eng. Rev. of Doshisha University, 1975, vol. 16, N 3—4.

7.Зиновьев П. А., Тараканов А. И. О нелинейном деформировании слоистых

композиционных материалов. — В ки.: Применение пластмасс в машиностроении. М.,