Прочность ламинатов со структурой армирования 0°/907±45° определяется равенством продольных напряжений в каждом слое

Вплоть до предельно допустимых напряжений (или деформаций):

= = (20ЛЗ>

Еп

Где ая и Ех — соответственно продольный предел прочности и модуль упругости ламината; at. пр и Еh — продольный предел прочности и модуль упругости слоев с ориентацией 0°; е„р — предельная продольная деформация (деформация разрушения) слоев с ориентацией 0°.

Совместное решение уравнений 20.13 и 20.11 позволяет опре­делить предел прочности в продольном направлении:

_ qb. пр і [~£ і MN. 1 i Г. (2М + ДГ)» 1

°х ~ 1 -)- а [ 4М N* ПР [ ' (1 + а) {Ш + N) J •

(20.14)

Это уравнение записано теперь в форме, включающей пара­метр структуры L = MN/(4M - f - N), который не зависит от тем­пературы, и параметр а, зависящий от температуры. Изменение соотношения ах/ Пр і в зависимости от способа выкладки и па­раметра а показано на рис. 20.11.

Аналогичным образом в плоскости слоев может быть опре­делен предел прочности при сдвиге:

= (20.15)

Где Ов. пр — предел прочности при растяжении или сжатии слоев с ориентацией ±45°.

Изменение предела прочности при сдвиге в зависимости от структуры выкладки для композита (а = 0,1; Е = 0,375) пока­зано на рис. 20.12.

Необходимо заметить, что уравнения (20.14) и (20.15) соот­носят с пределом прочности волокон, который может быть выше, чем локальная неустойчивость материала. Предел потери устой­чивости конструкций при сжатии и сдвиге устанавливается при­близительно равным 0,833GZ и 0,25GZ соответственно.

В условиях одноосного растяжения на границах композита и у отверстий в матрице могут возникать сдвиговые и растягива­ющие напряжения. Напряжения в связующем могут быть очень высокими, если существуют межслоевые дефекты, что уменьшает прочностные свойства ламината [2]. Локальные напряжения сдвига в матрице (связующем) возникают и в том случае, когда

Слоев аху/Ов. пр I = i-7Г7ТТ~~~Г от доли ^ слоев с ориентацией ±45® (с уче-

^ "г а)

Том локальной потери устойчивости оху= 0,256GZ):

1 — ЭУП марки T300/WS208; 2 — ЭУП марии Л5/3501-5Л; 3 — ЭБП марки avcо 5505/atrt; 4 — а = 0

При растяжении происходит разрыв волокон. При разрыве воло­кон с низкой прочностью матрица перераспределяет возросшие напряжения на неразорванные волокна.

Для композитов ЭБП эта способность матрицы перераспреде­лять напряжения может увеличивать предел прочности слоя с ориентацией 0° при комнатной температуре на 21,5 %; напря­жения распределяются и между слоями с ориентацией 90° и ±45°. Такое улучшение свойств впервые было отмечено Цаем, Адамсом и Донером, которые сравнивали прочностные характеристики сухого пучка волокон и такого же пучка волокон в матрице, определяя фактор эффективности матрицы р. Изменение фактора эффективности в зависимости от температуры для композита ЭБП приведено на рис. 20.13, а зависимость р от структуры (выкладки) композита приведена на рис. 20.14.

Для композитов ЭУП это явление не столь заметно. Объясне­нием может служить то, что большое число углеродных волокон внутри каждого слоя камуфлирует эффект перераспределения напряжений между углеродными волокнами малого диаметра в случае разрушения одного из них. При композитах ЭБП разру­шение волокон существенно большего диаметра не приводит к пе - 318
90 80 10 so

50 >tO 50 10 10

Li = 1,0

Lb

0 10 20 JO 40 50 SO 10 80 90M,°/°

Рис. 20.13. Зависимость фактора эффективности матрицы f> от температуры Т. Уравнение линейного участка Р„ = 1,235—0,125Г/Г„ [0,8В + (Г/Г„)3] при Т0 = = 199 °С. Экспериментальные значения:

Т, °С................. -55 20 127 190

Р...................... 1,25 1,22 1,14 1,02

Рис. 20.14. Фактор эффективности матрицы Р0 для различных слоев ламината: L — доля слоев с ориентацией 0°; М — доля слоев с ориентацией 90°; 1 — коэффициент реализации 0 = Зо. если слои с ориентацией 0° и 90° не разделены и 3 = 1. если слои 0° и 90° разделены; 2 — уменьшение траисверсальиых термичесиих напряжение в слоях 0° иа 0,39 %

Рераспределению нагрузки внутри слоя между меньшим числом волокон. Кроме того, слои в этом композите можно считать изо­лированными, что также является фактором возникновения до­полнительных напряжений. Для материалов ЭБП

<£„ P = ^-L. (20.16)