Механика Деформирования Тест-Образцов Из Слоистых Волокнистых Композитов Со Структурой [±45°] При Испытаниях На Растяжение И Сжатие. 1. Теоретико-Экспериментальные Методы Определения Механических Характеристик И Параметров Напряженно-Деформированного Состояния

Abstract

Проведен анализ теоретико-экспериментальных методов определения механических характеристик слоистых волокнистых композитных материалов (ВКМ) при испытаниях на растяжение и сжатие плоских тест-образцов со структурами [0°]s, [90°]s, [±45°]2s. Для ВКМ со структурой [±45°]2s выведены соотношения для нахождения деформаций и напряжений в осях ортотропии материала отдельного монослоя ВКМ через замеряемые в эксперименте осевую деформацию и коэффициент Пуассона образца. Они основаны на построении соотношений, исходя из рассмотрения геометрической картины деформирования и анализа известных кинематических и физических соотношений теории упругости, составленных для каждого монослоя композита в предположении о формировании в нем плоского напряженнодеформированного состояния. Проведены упрощения последних в предположении о том, что в косоугольно армированном ВКМ два смежных слоя со структурами [±  ] допустимо считать как один симметрично армированный слой с ортотропными свойствами. В линейной постановке двух- и трехмерных задач в программной системе конечно-элементного анализа ANSYS проведены численные эксперименты по определению параметров напряженно-деформированного состояния образцов, состоящих из двух и четырех жестких монослоев однонаправленного волокнистого композитного материала со структурой [±45°]2s, путем введения в рассмотрение между смежными жесткими слоями менее жестких адгезионных слоев малой толщины, состоящих только из материала связующего. Рассмотрены случаи растяжения удлиненных и сжатия коротких тест-образцов, проведен анализ формирующихся компонент напряжений вдоль волокон, расположенных в центральной части и в окрестностях угловых точек образцов. Проведены эксперименты на растяжение плоских тест-образцов из волокнистого композита со схемой укладки [±45°]2s по определению деформированного состояния с использованием системы бесконтактного измерения деформаций. Полученные результаты позволяют указать области, в которых в процессе нагружения происходит локализация деформаций и начинается разрушение тест-образцов. Показано, что в случае растяжения (сжатия) тест-образцов со структурой [±45°]2s волокна в композите находятся под действием не только касательных, но и осевых растягивающих (сжимающих) напряжений. Установлено, что в осях ортотропии каждого монослоя осевые растягивающие напряжения по величине значительно превосходят поперечные, которыми можно пренебречь.