Способ определения усталостной поврежденности композиционного материала

)5 601 М 3/3 ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КС МИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР Е ИЗОБРЕТЕН СПИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Рейфснайдер К, Повреждение конструкций из композитов в процессе эксплуатации. - Сб, Прикладная механикакомпозитов, М Мир, 1989, с, 108 - 142.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТАЛОСТНОЙ ПОВРЕЖДЕННОСТИ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА(57) Изобретение относится области испытаний, к способам определения усталостной Изобретение относится к меха испытаниям, к способам определе лостной поврежденности.Известны способы определени стной поврежденности, при катар чески нагружают партию образц различных наработках определяют ную прочность образцов, по кото об усталостной поврежденности м в зависимости от наработки. ническим ния уста я усталох циклиов и приостаточрой судят атериала таких способов является ют разрушения образцов ие способы не позволяют уальные зависимости усденности объектов испыизким к предлагаемому пределения усталостной омпозиционнаго матери- материал циклически наодически определяют Недостаткомто, что они требуВ результате такполучить индивидталостной поврежтания.Наиболее блявляется способ оповрежденностиала, при которомгружают, пери поврежденности композиционных материалов, Цель изобретения - повышение точнасти путем учета различия свойств наполнителя и связующего. Циклически нагружают в жестком режиме с отнулевыми циклами образец материала. Уменьшают частоту и определяют предельное максимальное напряжение цикла. Увеличивают частоту и определяют предельную амплитуду цикла напряжения, Учитывая изменения двух указанных величин, расчетным путем определяют изменения жесткостей связующего и наполнителя, 3 ил,характеристики жесткости, па котарьм судя г об усталастнай поврежденности.Недостатком прототипа является то, ч"о с ега помощью определяется интегральная жесткость материала, что не позволяе 1 при испытании образцов композиционных материалов достаточно обоснованно судить а накопленной поврежденности, поскольку у композиционных материалов жесткость меняется как вследствие изменения упругих характеристик, так и развития релаксационных процессов,Цель изобретения - повышение точности путем учета различия характеристик наполнителя и связующего.На фиг, 1 показан вид зависимости деформации ат времени; на фиг. 2 - относительное расположение циклов деформации и напряжения при частотах, близких к нулю; на фиг, 3 - относительное расположение циклов деформации и напряжения при высоких частотах,Устройство для реализации способапредставляет собой стандартную испытательную машину для циклического нагружения в жестком режиме с регулируемойчастотой нагружения, снабженную средствами измерения параметров цикла напряжения,Способ реализуется следующим образом,Образец (или элемент конструкции) нагружают в жестком режиме пульсирующимциклом до того, как он приобретет некоторую поврежденность, и в состоянии, когдаон приобрел усталостную поврежденность.Уменьшают частоту и определяют отношение максимального напряжения и максимал ь ной деформации. Оп ределя ют пределэтого отношения при стремлении частоты кнулю, Реально период колебаний долженпревосходить время релаксации материала,в этом случае указанное отношение близкок предельному. Увеличивают частоту и определяют отношение амплитуды цикла напряжений. Определяют предельное отношениепри стремлении частоты к бесконечности,Реально, отношение будет близко к предельному при выполнении условия ало 1,где то - время раксации материала,в - круговая частота нагружения. О поврежденности наполнителя судят по изменениювеличиныА= (1)а =а а (в),Иеогде а - амплитуда цикла напряжения,а о поврежденности связующего судят поизменению величиныВ =А -- , (2),оГДЕ Омакс =ПАВ ОмаксИ УООмакс- максимальное напряжение цикла,Предлагаемый способ основан на следующих свойствах композиционного материала. Известно, что композиционныематериалы проявляют реологические свойства, При жестком режиме зависимость напряжения ф) от деформации е (1) можноописать соотношениями линейной вязкоупругости с помощью следующего соотношения:ст(1) = Ее(1) - Х й(т - г) е(т) бт, (3)огде В (1) - ядро релаксации;Е - модул ь уп ру гости.Ядро релаксации может быть представлено в видеК(т)=В.е"ф, (4)где йо - константа материала;со - время релаксации.При нагружении материала в жестком 5 режиме с отнулевыми циклами деформациидеформация зависит от времени по законуе(1) =ео (1 - соз вт), (5)где а- круговая частота нагружения.Подстановка (5) и (4) в (3) позволяет пол учить зависимостьст(с) = Е ео - Во ь ео- о) +1+Р т 2,(6)1+Р оПри увеличении частоты, при справедливости соотношений 15 ОЯо 1; 1 то,соотношение (6) приобретет вид25 о;т) = Е е, - Я, т, е, - Е е, соз в т,Амплитуда колебаний напряженийа =Ее,.или30Е= фЕоПри уменьшении частоты, приво с 1,соотношения (6) приобретает вид35 О(1) = Еео Во то ео- (Е ео - Йо о ео) с 08 гО 1 == (Е - Яо со) е(1) .Отсюда следует, чтоОмаксТаким образом, изменение величины А,определяемой соотношением (1), характеризует изменение упругой части жесткостиобразца, что, как показали многочисленныеисследования, характеризует в первую очередь поврежденность наполнителя, При высоких частотах нагружения происходитнекоторый разогрев материала (как показали проведенные исследования, разогрев составил величину 30-40 К), что практическине сказывается на изменении Е, но существенно (более чем в 2 раза) изменяет характеристики релаксации. Если вычесть извеличины А величину В, определяемую из55 формулы (2), останется величина В, изменение которой, как показали исследования,характеризуют поврежденность связующего. Таким образом, предлагаемый способпозволяет раздельно определить поврежденность наполнителя и связующего.П р и м е р. Циклическому нагружению подвергались образцы стеклопластики (ППН+ЭДТ), то=7 с, круговая частота на-. 5 гружения 1 Гц, Циклическая поврежден- ность создавалась нагружением в течение 10 циклов.До и после этого частота увеличивалась до 10 Гц (всо=4401) и уменьшалась до 0,02 10 Гц (всо=0;0881). О и редел ял ось изменение величины А и В. Изменение величины А составило 2 О, а величина В изменилась на 35 О, что свидетельствует о том, что наполнитель слабо накопил поврежденность, а 15 связующее - существенно. После дополнительного нагружения в течение 210 циклов4операции определения изменения А и В были повторены. В этом случае изменение А составило 7 ф, а величины В 40 О, что озна чает, что наполнитель начал процесс накопления поврежденности, э в связующем скорость роста приостановилась, поскольку связующее растрескалось - наступило насыщение роста поврежденности. 25Таким образом, предлагаемый способ позволяет производить селекцию поврежденностей наполнителя и связующего. Формула изобретения Способ определения усталостной поврежденности композитного материала, заключающийся в том, что образец материала циклически нагружают, изменяют параметр цикла и определяют изменение характеристики жесткости материала, по которому судят о его поврежденности, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения точности путем учета различия свойств наполнителя и связующего, нагружение осуществляют в жестком режиме с отнулевыми циклами деформаций при изменяющихся частотах нагружения, а в качестве характеристики жесткости определяют параметры А и В жесткости соответственно наполнителя и связующего из следующих соотношений:А = аоо/о;В = А - Омаксlгде а - предельная амплитуда цикла напряжения при максимальной частоте нагружения;оя - максимальная деформация цикла; Омакс ПрЕдЕЛЬНОЕ МаКСИМаЛЬНОЕ Напряжение цикла при минимальной частоте нагружения.1744585 Фиг. Составитель Д,Поспеловдактор Н.Киштулинец Техред М.Моргентал Кор Н.Р Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина01 аказ 2192 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5