рии подобия и анализа размерностей для моделирования процессов про питки // Технология, физико-технические свойства и применение стекло волокнистых материалов. М., 1976. С. 60 - 66.
100.Викулов В.Ф., Канович М.З. Изучение формования защитного полимер
ного покрытия на стекловолокне // Стеклянное волокно и стеклопла стики. М., 1976. № 5. С. 6- 10.
101.Седов Л.И. Методы теории размерностей и теории подобия в технике.
М., 1957.357 с.
102.Брайнес Я.М. Подобие и моделирование в химической и нефтехимиче
скойтехнологии. М., 1961. 220 с.
103.Rushton M.S., Griffiths M.S. //Trans. Inst. Chem. Eng. 1971. P. 49 - 56.
104.Баутнер Л.М., Позин M.E. Математические методы в химической тех
нике. М.: Химия, 1980. 850 с.
105.Воюцкий С.С. Физико-химические основы пропитывания и импрегни-
рования волокнистых материалов дисперсиями полимеров. Л.: Химия,
1969. 160с.
106.Washburn K.S. II Phys. Rev. 1961. Vol. 17. P. 273.
107.Коллинз P. Течение жидкости через пористые материалы. М.: Мир, 1969.
350 с.
108.Davies C.N. ИРгос. Inst. Eng. 1952. Р. 185.
109.ТагерА.А. Физикохимия полимеров. М.: Госхимиздат, 1963. 301 с.
110.Дерягин Б.В. Исследование в области поверхностных сил. М.: Наука,
1967. 251 с.
111.Тендлер В.М. Новые методы изготовления судовых деталей из стекло
пластика. Л.: Судостроение, 1969. 205 с.
112.Бокин М.И., Цыплаков О.Г. Расчет и конструирование деталей из пла
стмасс. Л.: Машиностроение, 1966. 260 с.
113.Синицын В.А., Чен Т.Х., Канович М.З. Исследование капиллярной струк
туры армирующих стекловолокнистых материалов // Стеклянное во локно и стеклопластики. М., 1975. № 3. С. 2329.
114.Синицын В.А., Телешев В.А., Чен Т.Х., Канович М.З. Об исследовании
пропитывания стекловолокнистых пористых систем дисперсиями поли меров// Тамже. № 4. С. 2430.
115.Синицын В.А., Канович М.З., Викулов В.Ф. О влиянии свойств наполни
теля и связующего на скорость пропитки однонаправленных волокни стых материалов// Стеклянное волокно и стеклопластики. М., 1976. № 2.
С.9-12.
116.Минаков А.П. Основы теории наматывания и сматывания нити // Тек-
стил. пром-сть. 1974. № 10. С. 35-42.
\\1.Дрейцер В.И., Канович М.З., Рогинский С.Л. Влияние технологических
факторов на прочность стеклопластиков при сжатии и сдвиге // Меха никаполимеров. 1974. № 3. С. 436 - 440.
118.Зак А.Ф. Физико-химические свойства стеклянных волокон. М.: Химия,
1962. 305с.
119. Першин В.А., Канович М.З., Дрейцер В.И., Семенец С.И. Метод оценки
прочности присдвиге намоточных стеклопластиковых оболочек// Завод, лаб. 1977. №8. С. 1007-1008.
120.Першин В.А., Дрейцер В.И., Канович М.З. О качественной оценке влияния
натяжения на прочностные свойства стеклопластиков // Стеклянное во
локно и стеклопластики. М., 1976. № 6. С. 11 - 17.
121.Першин В.А., Канович М.З., Дрейцер В.И., Рогинский С.Л. Эксперимен
тальная оценка трансверсальных свойств однонаправленных стеклопла
201
стиков// Там же. 1977, № 1. С. 3540.
122. Дрейцер В.И., Канович М.З., Рогинский С.Л. Расчет геометрии роликов
намоточных установок// Тамже. 1969. №2. С. 17 - 22.
123.Канович М.З., Рогинский С.Л. Определение запаса прочности компози
ционных материалов // Тез. докл. на Межотраслевом семинаре по стати стическим методам в механике анизотропных конструкций. Челябинск,
1979.
124.Дрейцер В.И., Ситникова Р.В., Канович М.З., Викулова И.В. Влияние вида
замасливателя на жизнеспособность предварительно пропитанного ро винга// Стеклянное волокно и стеклопластики. М., 1980. № 5. С. 15 - 17.
125.Канович М.З., Рогинский С.Л., Дрейцер В.И. Статистический контроль
стабильности технологического процесса намотки стеклопластиковых колец // Технология, физико-технические свойства и применение стекло пластиков. М., 1975. С. 43.
126.Бернацкий А.Д., Рабинович А.Л. О деформированном состоянии сетчатых
полимеров// Высокомолекуляр. соединения. 1964. Т. 6, № 6. С.1060-1067.
127. Бернацкий АД., Никишин А.А., Рабинович А.Л. Закономерности дефор
мации некоторых полимеров при комнатной температуре // Физикохимия и механика ориентированных стеклопластиков. М.: Наука, 1967. С. 129-139.
128. Рузинов Л.П. Статистические методы оптимизации химических процес
сов. М.: Химия, 1972. 199 с.
129. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование экспери
мента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. 279 с.
130.Закс Л. Статистическое оценивание / Пер. с нем. В.Н. Варыгина под ред.
Ю.П. Адлера. М.: Статистика, 1976. 598 с.
131.Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в
технико-экономических исследованиях. М.: Статистика, 1974. 192с.
132. Дрейцер И., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ: Пер. с англ. М.:
Статистика, 1973. 392 с.
133.Венецкий И.Г., Венецкая В.И. Основные математико-статистические
понятия и формулы в экономическом анализе. М.: Статистика, 1974. 279 с.
134.Кацев Л.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента.
М.: Машиностроение, 1974. 239 с.
135.Желязков КХ. Дис.... канд. хим.наук. М., 1972.
136.Кобеко П.П. Аморфные вещества. М.: Изд-во АН СССР, 1952. 130с.
137.Александров А.П. Труды I и И конференций по высокомолекулярным
соединениям. М.: Изд-во АН СССР, 1945.49 с. \ЗВ.Лазуркин Ю.С. Дис.... д-ра хим. наук. М., 1954.
139.Гуревич Г.И. О законе деформации твердых и жидких тел // ЖТФ. 1947.
Т.17, вып.2.С. 1491 - 1497.
140.Гуревич Г.И. О соотношении упругих и остаточных деформаций в общем
случае однородного напряженного состояния // Тр. Геофиз. ин-та АН
СССР. 1958. №21. С. 49-62.
141. Гешберг М.В., Илюшина С.В., Смирнов В.И. Неразрушающие методы
контроля судостроительных стеклопластиков. Л.: Судостроение, 1971. 200 с.
РАЗДЕЛ IV
ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ и м о н о л и т н о с т ь
КОМПОЗИТА
Наименее трещиностойкими являются хаотически армирован ные композиты, которые при сравнительно простой технологии изго товления обладают рядом преимуществ, а именно: высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и хорошими диэлектриче скими свойствами. Эти материалы находят все большее применение во многих отраслях промышленности, включая новую технику.
Однако уже на стадии изготовления композита, как и на стадии его эксплуатации, в силу термоупругой несовместимости исходных компонентов, а также особенностей технологии возникают трещины, раковины, расслоения и другие дефекты, инициирующие процессы зарождения и распространения трещин, что приводит к разрушению материала. Поэтому при создании композита требования к упруго прочностным свойствам его исходных компонентов должны быть сформулированы с учетом трещиностойкости материала в зависимо сти от технологии его производства и действия эксплуатационных факторов.
В большинстве случаев при создании и расчете хаотически арми рованных композиционных материалов преобладают или полуэмпирические методы, или классические методы теории упругости, абст рагирующиеся от неизбежного наличия в композите различных де фектов типа трещин, расслоений, пузырей [1], что, естественно, не позволяет в полной мере реализовать упруго-прочностные свойства исходных компонентов. Таким образом, проблема расчета и создания монолитных трещиностойких хаотически армированных композитов безусловно актуальна и далека до полного завершения.
В этом разделе приводится приближенный расчет ряда моделей хаотически армированных систем с позиций теории деформирования и разрушения, обобщаются результаты расчета для формулирования условий создания монолитного трещиностойкого хаотически арми рованного композита, дается теоретическое и экспериментальное оп ределение критериев монолитности и трещиностойкости, а также ис следуются связи этих критериев с некоторыми эксплуатационными факторами.
Поскольку все эти вопросы взаимосвязаны, их комплексное рас смотрение имеет большое научное и практическое значение. В резуль тате комплексного подхода были осуществлены следующие работы:
1. Построена и обоснована модель хаотически армированно дискретными волокнами композита для оценки и прогнозирования
203
его трещиностойкости. На базе анализа напряженного состояния этой модели, описываемого сингулярными интегральными уравне ниями, решение которого осуществлялось методом механических квадратур, установлена связь трещиностойкости с его прочностностными и структурными параметрами, а также найдены некоторые оптимальные соотношения для структурных характеристик компо зита.
2. Создана методика экспериментального определения парамет ров трещиностойкости пластмасс в нормальных условиях эксплуата ции и при действии различных эксплуатационных факторов, осно ванная на использовании методов линейной механики разрушения и акустической эмиссии.
3.Построена и обоснована модель для изучения условий созда ния монолитного хаотически армированного дискретными волок нами композиционного материала. На основе анализа напряженнодеформированного состояния этой модели сформулированы условия сплошности композита.
4.Установлен симбатный характер связи монолитности, прочно сти и трещиностойкости композита.
5.Установлен характер влияния ряда эксплуатационных факто ров на трещиностойкость композита.
Таким образом, сформулированные выше научные основы рас чета и создания монолитных и трещиностойких хаотически армиро ванных дискретными волокнами материалов впервые охватывают та кие важные стадии процесса, как выбор исходных компонентов и их оптимальное соединение в армированную монолитную трещиностой кую систему, работающую при различных условиях эксплуатации.
Объектами исследований являлись следующие материалы: стеклопластики на основе полиэфирных смол ПН-10, ПН-15,
ПН-16 и эпоксидной смолы ЭДТ-10, хаотически армированных стекломатами МПС, ЛВВ-СП, МБ;
- пресс-композиции типа "препрег" и "премикс"; - композиты на основе полиэфирной смолы ПН-15, лавсанового
мата и углеграфитовой ткани УТМ-8;
- однонаправленные стеклопластики на основе эпоксидных смол
ЭДТ-10А, ЭДТ-1ОБ, УП-610 и Э-181.
ГЛАВА 1. Обзор теоретических и экспериментальных исследований, посвященных проблеме трещиностойкости и монолитности композита
Разнородность исходных компонентов стеклопластика и несо вершенство современных технологий получения композитов приво дят к возникновению в материале различных дефектов структурно технологического характера. Создавая локальные концентрации на пряжений в материале, эти дефекты инициируют возникновение зон
204
предразрушения, трещин, что в конечном счете является причиной хрупкого и квазихрупкого разрушений композитов в процессе их экс плуатации.
В настоящее время для оценки трещиностойкости материалов существует два подхода - косвенный и с позиций механики разруше ния.
Первый подход основан на установлении степени снижения ра бочих функций материала или изделия из него в процессе либо испы тания образцов, либо эксплуатации изделия, что связано с процес сами образования и распространения трещин. К наиболее распростра ненным методам здесь можно отнести метод рассеивания рентге новских лучей, ИК-микроскопии, электронной микроскопии, метод акустической эмиссии, механоэмиссии, механолюминисценции, па рамагнитного резонанса. В работах [2 - 13] достаточно полно пред ставлена как теоретическая, так и экспериментальная части косвен ных методов оценки трещиностойкости.
Второй подход дает прямую количественную оценку способно сти материала сопротивляться зарождению и распространению в нем трещин.
1.1.Основные положения линейной механики разрушения
Кнастоящему времени получено решение ряда задач общей тео рии упругости для тел с включениями и трещинами [14 - 20]. Напря женное состояние в окрестности остроконечного дефекта типа тре
щины или включения, представленное в полярных координатах (г, /?) (рис. 1), имеет следующий вид [20]:
(4.1)
(4.2)
* 2 . Е( Ф - Р ' Н
Р \2Ц2(к+р')-1]
где к* и kj —коэффициенты интенсивности напряжений, зависящие
от геометрии остроконечного дефекта, а также от упругих характери стик материала.
205