Документ представляет собой лекцию о статических испытаниях композитных конструкций и материалов, акцентируя внимание на механических свойствах полимерных композитов и их разрушении. Основные особенности армированных пластиков описаны, включая механизмы их разрушения и зависимости прочности от ориентации волокон. Включены данные о физических свойствах различных типов композитов и их испытаниях.

1. Казанский Государственный Технический Университет им. А.Н.Туполева
Тема 5. Статических испытания композитных
конструкций и материалов.
Лекция 9. Модели разрушения композиционных
материалов
Авторы: к.т.н. Батраков В.В.
ст.н.с. Двоеглазов И.В.

2. Общая характеристика полимерных композиционных материалов
Композиционные материалы (композиты)
по определению состоят из двух или более компонентов
количественное соотношение которых должно быть сопоставимым.
Компоненты существенно отличаются по свойствам, а их сочетание
дает материалу специфические свойства, не присущие каждому из них
в отдельности (синергетический эффект).
Основной особенностью армированных пластиков является
ярко выраженная анизотропия их механических свойств,
определяемая ориентацией волокон в матрице в одном или
нескольких направлениях.
КГТУ им. А.Н.Туполева
2

3. Основные физико-механические свойства однонаправленных
армированных пластиков
Стеклопластик
Углепластик
Органопластик
Свойство
Вмп
перспек
тивный
УКН-П
5000М
перспекти
вный
Армос,
Русар
перспективный
Относительное
содержание волокон,
% (об.)
65—70
70—75
60
70
65
70-75
Плотность, кг/м3
2000
2100
1550
1600
1350
1400
Прочность при
растяжении, ГПа
2,5
2,7—2,8
1,8
3,5
3,5
3,5-4,0
При сжатии, ГПа
2,0
2,5
1,2
1,8
0,35
0,40
При межслоевом
сдвиге, МПа
50—60
80—90
60—70
80—120
50—60
60-70
70
75
150
200
80
100-120
Модуль упругости,
ГПа
По результатам испытаний стержневых образцов.
КГТУ им. А.Н.Туполева
3

4. Схема напряженно-деформированного состояния при растяжении
однонаправленного композита
Зависимость предела прочности при растяжении однонаправленного (а) и
ортотропного (б) стеклопластика от угла между направлением армирования и
внешним напряжением: 1 — 0,3 ГПа; 2 — 0,6 ГПа; 3 — 1,0 ГПа
КГТУ им. А.Н.Туполева
4

5. Схема напряженно-деформированного состояния при растяжении
кольцевых образцов
Распределение деформаций в однонаправленном кольце толщиной 1 мм (7) и 3 мм
(2), испытываемом с помощью полудисков; 3 н4 — аналогичные кольца, испытанные
на 72-кулачковом приспособлении на микроуровне — вычисление напряжений в
компонентах материала и срав¶нение их с предельными характеристиками волокон;
КГТУ им. А.Н.Туполева
5

6. Механизмы разрушения ПКМ
1 - исчерпание несущей способности волокон в результате накопления их разрывов;
2 - рост поперечной магистральной трещины за счет последовательного разрыва
волокон в устье трещины вследствие увеличения концентрации напряжений;
3 - расслоение вдоль волокон по матрице, границе раздела или по самому волокну в
зависимости от соотношения их свойств.
КГТУ им. А.Н.Туполева
6

7. Механизмы разрушения ПКМ
1 - исчерпание несущей способности волокон в результате накопления их разрывов;
2 - рост поперечной магистральной трещины за счет последовательного разрыва
волокон в устье трещины вследствие увеличения концентрации напряжений;
3 - расслоение вдоль волокон по матрице, границе раздела или по самому волокну в
зависимости от соотношения их свойств.
КГТУ им. А.Н.Туполева
6