Вытягивание волокна

Один из механизмов разрушения армированных волокном композитных материалов

Вытягивание волокон является одним из механизмов разрушения армированных волокном композитных материалов. ^[1] Другие формы разрушения включают расслоение , внутрислойное растрескивание матрицы, продольное расщепление матрицы, нарушение связи между волокном и матрицей и разрыв волокна. ^[1] Причиной вытягивания и расслоения волокон является слабое сцепление. ^[2]

Работа по отслоению, ^[3] ${\displaystyle W_{d}={\frac {\pi \;d^{2}\;\sigma _{f}^{2}\;l_{d}}{24\;E_{f}}}}$

где

• ${\displaystyle d}$диаметр волокна
• ${\displaystyle \sigma _{f}^{2}}$прочность волокна на разрыв
• ${\displaystyle l_{d}}$длина зоны отслоения
• ${\displaystyle E_{f}}$модуль волокна

В композитном материале с керамической матрицей этот механизм не является механизмом разрушения, но имеет важное значение для его вязкости разрушения ^[4] , которая в несколько раз выше, чем у обычной керамики .

На рисунке показан пример того, как выглядит поверхность разрушения этого материала. Прочные волокна образуют мостики над трещинами до того, как они разрушатся при удлинении около 0,7%, и таким образом предотвращают хрупкое разрушение материала при 0,05%, особенно в условиях теплового удара . ^{[5] [ нужна страница ]} Это позволяет использовать этот тип керамики для тепловых экранов, применяемых для возвращения космических аппаратов , для дисковых тормозов и компонентов подшипников скольжения .

Ссылки

1. WJ Cantwell, J Morton (1991). "Ударопрочность композитных материалов — обзор". Composites . 22 (5): 347–62. doi :10.1016/0010-4361(91)90549-V.
2. Серопе Калпакджян, Стивен Р. Шмид. «Производственная инженерия и технологии». 6-е изд. Prentice Hall, Inc. 2009, стр. 223. ISBN 0136081681 
3. PWR Beaumont. "Механизмы разрушения волокнистых композитов". Механика разрушения, текущее состояние, будущие перспективы. Под редакцией RA Smith. Pergamon Press: 1979. стр. 211-33 в WJ Cantwell, J Morton (1991). "Ударопрочность композитных материалов — обзор". Composites . 22 (5): 347–62. doi :10.1016/0010-4361(91)90549-V.
4. В. Бхимредди и др. «Моделирование вытягивания волокон в непрерывных волокнистых керамических композитах с использованием метода конечных элементов и искусственных нейронных сетей», Computational Materials Science, т. 79, стр. 663-676, 2013.
5. В. Кренкель, изд.: Композиты с керамической матрицей , Wiley-VCH, Weinheim, 2008, doi : 10.1002/9783527622412 ISBN 978-3-527-31361-7