RU1835064C - Образец дл испытаний композитных материалов на сдвиг - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к исследовани м прочностных свойств композитных материалов на сдвиг, преимущественно дл  многомерных композитов, например, пространственно-армированных композитов типа углерод-углерод. Целью изобретени   вл етс  повышение точности испытаний за счет снижени  погрешностей, св занных с действием нормальных напр жений вне зоны разрушени . В образце дл  испытаний композитных материалов на сдвиг, выполненного в виде бруска с расположенными на двух его противоположных гран х двум  V-образными прорез ми, угол при вершине которых равен 90°, а стенки симметричны относительно плоскости поперечного сечени  серединной части, дополнительно на двух других противоположных гран х образца выполнены симметрично указанной плоскости поперечного сечени  две одинаковые прорези, угол при вершине каждой из которых лежит в пределах . Рассто ние между вершинами дополнительных прорезей выбираетс  из следующих соотношений: t (О/г) (Т/К), а/г, где ст- предел прочности материала по нормальным напр жением; т - предел прочности материала на сдвиг. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. С

Description

Изобретение относитс  к исследовани м прочностных свойств материалов на сдвиг, преимущественно материалов с большой сдвиговой прочностью, а именно, пространственно-армированных композитов.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности испытаний за счет снижени  погрешностей, св занных с действием нормальных напр жений вне зоны разрушени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в известном образце прототипа, выполненном в виде бруска с расположенными на двух его противоположных гран х двум  V- образными прорез ми, угол при вершине которых равен 90°, а стенки симметричны относительно плоскости поперечного сечени  серединной части дополнительно на

двух других противоположных гран х образца выполнены симметричные указанной плоскости поперечного сечени  две одинаковые прорези, угол при вершине каждой из которых лежит в пределах 60° . Эти дополнительные прорези ослабл ют рабо чзе сечение и определ ют-прив зывают разрушение к зоне чистого и посто нного напр жени  сдвига, т.е. к области действи  только касательных напр жений.

Рассто ние t между вершинами дополнительных прорезей выбираетс  из следующих соотношений: а Т

t

г К

GO

К- 2+.

L

где Т - ширина образца; а- предел прочности материала по нормальным напр жени м; г - предел прочности материала на сдвиг; К - коэффициент. Выбор ширины t рабочей зоны по указанному выражению обеспечивает разрушение образца в расчетной зоне чистого сдвига. Приведенное выражение получено на основе анализа соотношени  прочностей по касательным и нормальным напр жени м и эксперимен- тально подтверждено на большом р де раз- ных материалов при лабораторных испытани х в Институте механики полимеров Латвийской академии наук.

На фиг. 1 представлен предлагаемый образец; на фиг. 2 - сечение А-А образца в рабочей зоне; на фиг. 3 -схема его нагруже- ни ; на фиг. 4 - диаграмма моментов М нагружени  образца; на фиг. 5 - диаграмма поперечных сил Q при нагружении образца.

Образец дл  испытани  материалов на сдвиг выполнен в виде бруска (см. фиг. 1 и 2). В центральной части образца выполнены четыре симметрично расположенные V-об- разные прорези: две прорези 2 и 3 с углом 90° - на сторонах образца по его высоте Н и две прорези 4 и 5 с углом 60-120° - на сторонах образца по его ширине Т. Кроме того, ширина t рабочей зоны прорезей 4 и 5 (см. фиг. 2) выбираетс  из ранее приведен- ного выражени 

гдеК-2+f.

Высота h рабочего сечени  прорезей 2 и 3 составл ет 0,5-0,6 от высоты образца Н. Радиус R закруглени  вершины прорезей выбираетс  в пределах 0,7-3 мм.

Высота Н и ширина Т образца выбира- етс  из услови  обеспечени  представительного объема материала в рабочей зоне образца. Обычно высота Н составл ет 12-20 мм, ширина Т образца выбираетс  0,5-1,5 от высоты образца Н, а длина L образца в 4 раза превышает высоту Н образца.

Образец испытывают следующим образом .

Образец, выполненный в виде бруска с четырьм  прорез ми, нагружают по схеме несимметричного четырехточечного изгиба. Дл  этого образец 1 устанавливают на опоры , как показано на фиг. 3, и нагружают двум  ларами сил, производ щих два взаимоуравновешенных и противодействующих моментов. В результате в среднем сечении (в центральной зоне область между прорез ми ) суммарный изгибающий момент равен нулю (см. фиг. 4), а действует только сдвигающа  сила Q (см. фиг. 5), величина

которой зависит от способа реализации граничных условий. При граничных услови х, заданных силами, например по схеме фиг. 3, сдвигающа  нагрузка Q зависит от рассто ни  а и b между силами и ее можно определить по формуле

а-Ь a + b

где Р - приложенна  нагрузка; а и b - рассто ние между силами.

Затем по расчетной формуле определ ют прочность испытываемого материала при сдвиге

Пг

Q

h -t

5 0

5 0

5

0 5

0 5

где Q - сдвигающа  сила; h - высота рабо чего сечени ; t - ширина рабочей зоны.

Применение образцов по предлагаемому решению (с дополнительными прорез ми по ширине образца) дает р д преимуществ по сравнению с известными аналогичными образцами: понижаетс  веро тность разрушени  образца вне зоны чи- стого сдвига вследствие ослаблени  рабочей зоны, понижени  общей нагрузки на образец и снижени  напр жений от поперечных сил в образце вне рабочей зоны; повышаетс  точность и достоверность полученных результатов; расшир етс  область применени  образцов, т.е. по вл етс  возможность проводить испытани  на сдвиг материалов с высокой прочностью на сдвиг, например, из пространственно-армированных композитов, что невозможно было осуществить с ранее известными образцами.

Предлагаемое решение многократно проходило проверку в лабораторных испытани х Института механики полимеров Лат- вийской АН при исследовани х прочностных свойств новых композитных материалов и имеет определенный коммерческий интерес.

Фор м у ла изобретени  1. Образец дл  испытаний композитных материалов на сдвиг, выполненный в виде бруска с расположенными на двух его противоположных гран х двум  V-образнымм прорез ми, угол при вершине которых равен 90°, а стенки симметричны относительно плоскости поперечного сечени  серединной части, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности при испытани х на чистый сдвиг за смет снижени  погрешностей, св занных с действием нормальных напр жений вне зоны разрушени , на двух других противоположных гран х образца выполнены симметричные указанной плоскости поперечного сечени  дополнительные две одинаковые прорези, угол при

вершине каждой из которых лежит в следующих пределах:

60°

2. Образец поп. 1, отличающий- с   тем, что рассто ние между вершинами

дополнительных прорезей выбрано из следующих соотношений:

t «s(а/г) (Т/К), К 2 +а/т , где а - предел прочности материала при нормальном нагружении;

т - предел прочности материала на сдвиг.

-4

р&г,1

фиг. 2

1

фи&5