Патент на изобретение №2231772

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к механическим испытаниям композиционных материалов. Способ определения адгезионной прочности композиционных материалов заключается в том, что осаживают между плоскими параллельными плитами цилиндрический образец, содержащий концентрические выступающие буртики на торцевых поверхностях, и замеряют усилие пресса при осадке. При этом усилие пресса фиксируют в момент отрыва наружного кольцевого слоя в виде цилиндрической оболочки от центральной части образца, а адгезионную прочность материала рассчитывают по величине измеренного усилия, отнесенного к площади отрыва наружного кольцевого слоя от центральной части образца. Данное изобретение позволяет определять адгезионную прочность композиционных материалов, обладающих сформированной волокнистой структурой. 1 ил.

Изобретение относится к испытаниям материалов, а именно к способам испытания на сжатие образцов, и может быть использовано при определении адгезионной прочности композиционных материалов.

Известен способ испытания на сжатие цилиндрических образцов, по которому осаживают между плоскими полированными плитами цилиндрический образец и фиксируют давление пресса (ГОСТ 8817-73). Способ позволяет получать истинные кривые зависимости “напряжение – деформация сжатия” и определять сопротивление деформации материалов при осадке по кривым деформирования.

Недостатком известного способа является неравномерность деформирования по всему объему образца.

Наиболее близким к предлагаемому является способ испытания на сжатие цилиндрических образцов (см. Кроха В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации. Спр. – М.: Машиностроение, 1980, 157 с., с. 99), заключающийся в том, что осаживают между плоскими параллельными плитами цилиндрический образец, содержащий концентрические выступающие буртики на торцевых поверхностях, заполненные смазкой, замеряют усилие пресса при осадке, определяют сопротивление деформации металла при больших степенях деформации (=0,8-0,9) для углеродистых и легированных сталей и сплавов. Данный способ выбран в качестве прототипа.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что данный способ не позволяет определить адгезионную прочность композиционных материалов, обладающих сформированной волокнистой структурой.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, включают осадку между плоскими параллельными плитами цилиндрического образца, содержащего концентрические выступающие буртики на торцевых поверхностях и замер усилия пресса при осадке.

Задача изобретения – определение адгезионной прочности композиционных материалов, обладающих сформированной волокнистой структурой.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем осадку между плоскими параллельными плитами цилиндрического образца, содержащего концентрические выступающие буртики на торцевых поверхностях и замер усилия пресса при осадке, усилие пресса фиксируют в момент отрыва наружного кольцевого слоя в виде цилиндрической оболочки от центральной части образца, а адгезионную прочность материала рассчитывают по формуле

,

где Р – усилие пресса в момент отрыва наружного кольцевого слоя;

F₀ – площадь поверхности отрыва, определяемая F₀=2··R₀·h₀,

R₀, h₀ – соответственно радиус и высота центральной части образца.

Отличительными признаками предложенного способа являются фиксация усилия пресса в момент отрыва наружного кольцевого слоя в виде цилиндрической оболочки от центральной части образца и связь усилия пресса в момент отрыва наружного кольцевого слоя с площадью поверхности отрыва, описываемая приведенной выше формулой. Отличительные признаки в совокупности с известными позволят определить адгезионную прочность композиционных материалов, обладающих сформированной волокнистой структурой.

На чертеже представлен осаживаемый цилиндрический образец, имеющий размеры: D, h – наружный диаметр и высота образца; ₀, h₀ – соответственно радиус и высота центральной части образца; h_б, b – высота и ширина концентрического буртика, выступающего на торцевой поверхности.

Способ осуществляется следующим образом. Цилиндрический образец из композиционного материала высотой h и диаметром D, содержащий концентрические буртики высотой h_б и шириной b, выступающие на торцевых поверхностях, осаживают между плоскими параллельными плитами. При этом усилие пресса будет равномерно распределено по торцевым поверхностям буртиков образца. В момент, когда под действием сжимающих усилий деформируемый образец начнет разрушаться и при этом произойдет отрыв наружного кольцевого слоя образца в виде цилиндрической оболочки, фиксируют усилие пресса. Зафиксированное значение усилия пресса является критическим усилием, при котором произошла потеря устойчивости наружного кольцевого слоя образца в виде отрыва цилиндрической оболочки от центральной части образца, т.е. боковое выпучивание цилиндрической оболочки с нарушением межволоконного сцепления (адгезионной прочности) с волокнами центральной части образца. Описанный эффект наблюдался у испытываемых на сжатие цилиндрических образцов из композиционных материалов со сформированной волокнистой структурой. Адгезионную прочность композиционного материала рассчитывают по формуле

,

где P – усилие пресса в момент отрыва наружного кольцевого слоя;

F₀ – площадь поверхности отрыва, определяемая F₀=2··R₀·h₀,

R₀, h₀ – соответственно радиус и высота центральной части образца.

Пример конкретной реализации.

Подвергли осаживанию цилиндрический образец из композиционного материала КМ-25, имеющего сформированную продольно-волокнистую структуру, размеры которого: высота h=23,9 мм; диаметр D=15,75 мм; высота буртика h_б=2,25 мм; ширина буртика b=2,125 мм; радиус центральной части образца R₀=5,75 мм; высота центральной части образца h₀=19,4 мм.

В момент отрыва наружного кольцевого слоя от центральной части образца зафиксировали усилие пресса P=8200 кг. Рассчитали площадь отрыва по формуле F₀=2··R₀·h₀=2·3,14·5,75·19,4=700,53 мм².

Адгезионную прочность композиционного материала КМ-25 оценили по формуле

.

Предложенный способ позволяет определять адгезионную прочность композиционных материалов, обладающих сформированной волокнистой структурой. Описанный способ прост в применении.

Формула изобретения

Способ определения адгезионной прочности композиционных материалов, заключающийся в том, что осаживают между плоскими параллельными плитами цилиндрический образец, содержащий концентрические выступающие буртики на торцевых поверхностях, и замеряют усилие пресса при осадке, отличающийся тем, что усилие пресса фиксируют в момент отрыва наружного кольцевого слоя в виде цилиндрической оболочки от центральной части образца, а адгезионную прочность материала рассчитывают по формуле

где Р – усилие пресса в момент отрыва наружного кольцевого слоя;

F₀ – площадь поверхности отрыва, F₀=2··R₀·h₀,

R₀, h₀ – соответственно радиус и высота центральной части образца.

РИСУНКИ