Obrabotka Metallov 2014 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (65) 2014 61 ТРУДЫ КОНФЕРЕНЦИИ УДК 539.4.015 ОЦЕНКА СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ РАЗРУШЕНИЯ М.Г. ПЕТРОВ, канд. техн. наук ( ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина», г. Новосибирск ) Поступила 03 сентября 2014 Рецензирование 18 сентября 2014 Принята к печати 25 сентября 2014 Петров М.Г – 630051, г. Новосибирск, ул. Ползунова, 21, ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина», e-mail: markp@risp.ru Исследована кинетика разрушения однонаправленного стеклопластика при циклическом продольном из- гибе. В процессе разрушения структурное состояние композита определяется по изменениям его жесткости и неупругости. Изменения жесткости свидетельствуют о появляющихся повреждениях как на стадии рассло- ения композита, так и во время разрыва волокон. Амплитудная зависимость неупругости связана с распреде- лением внутренних напряжений по объему материала. Она характеризует состояние структуры материала по мере развития в нем повреждений. По изменениям этих характеристик делается вывод о стадиях процесса разрушения композита и возможностях прогнозирования его долговечности. Ключевые слова: композиционный материал, продольный изгиб, жесткость, неупругие деформации, разрушение, долговечность. Введение Любой материал является структурно-неод- нородной средой. Структурное состояние мате- риала можно количественно отобразить в виде поля внутренних напряжений. При нагружении материала в результате высоких внутренних на- пряжений, возникающих в структуре материала под нагрузкой, происходят локальные пласти- ческие деформации, в результате которых появ- ляется неупругость. Амплитудная зависимость неупругости связана, таким образом, с неодно- родностью структуры материала и тем самым является характеристикой его структурного со- стояния. В композиционных материалах (КМ), как и в металлических сплавах или полимерах, на- блюдаются те же типы неупругих деформаций. При малых амплитудах нагружения всегда при- сутствует неупругость релаксационного типа, проявляющаяся в виде отставания деформации от напряжений во времени и связанная с вязким течением материала в локальных объемах. При увеличении амплитуды нагружения появляет- ся гистерезисный тип неупругости, вызванный пластическим течением в локальных объемах твердого тела. Каждый тип неупругости имеет свои амплитудные, частотные и температурные зависимости, по которым можно установить их природу. На рис. 1–3 приведены амплитудные зависимости раскрытия петли неупругости для стали, полиметилметакрилата (ПММА) и боро- пластика, иллюстрирующие сходство этих ха- рактеристик у материалов различного вида. Вязкое и пластическое течения отличаются тем, что энергия активации процесса в первом случае не зависит [1], а во втором зависит [2] от напряжений. Каждый тип неупругости может быть воспроизведен в расчетах соответствую- щими реологическими моделями, содержащими соответственно тела вязкого или пластического течения [1, 3].