Образец для испытаний композитных материалов на сдвиг

 

Изобретение относится к исследованиям прочностных свойств композитных материалов на сдвиг, преимущественно для многомерных композитов, например, пространственно-армированных композитов типа углерод-углерод. Целью изобретения является повышение точности испытаний за счет снижения погрешностей, связанных с действием нормальных напряжений вне зоны разрушения. В образце для испытаний композитных материалов на сдвиг, выполненного в виде бруска с расположенными на двух его противоположных гранях двумя V-образными прорезями, угол при вершине которых равен 90°, а стенки симметричны относительно плоскости поперечного сечения серединной части, дополнительно на двух других противоположных гранях образца выполнены симметрично указанной плоскости поперечного сечения две одинаковые прорези, угол при вершине каждой из которых лежит в пределах . Расстояние между вершинами дополнительных прорезей выбирается из следующих соотношений: t (О/г) (Т/К), а/г, где стпредел прочности материала по нормальным напряжением; т - предел прочности материала на сдвиг. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 N 3/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССP) ОписАние изОБРетения

К ПАТЕНТУ

gn (21) 4912230/28 (22) 27.12.90 (46) 15,08.93. Бюл. KL 30 (71) Институт механики полимеров Латвийской АН (72) А.К. Арнаутов (73) Институт механики Латвийской АН (56) Walrath D,Е. and Adams D.F. "The

Jolipeseu Shear Test as Applied to Composite

Materials". Eksperimental Mechanics, 1983, vol. 23, М 1, page 105 — 110. (54) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА СДВИГ (57) Изобретение относится к исследованиям прочностных свойств композитных материалов на сдвиг, преимущественно для многомерных композитов, например, пространственно-армированных композитов типа углерод-углерод. Целью изобретения является повышение точности испытаний эа счет снижения погрешностей, связанных с

Изобретение относится к исследованиям прочностных свойств материалов на сдвиг, преимущественно материалов с большой сдвиговой прочностью, а именно, пространственно-армированных композитов.

Целью изобретения является повышение точности испытаний за счет снижения погрешностей, связанных с действием нормальных напряжений вне эоны разрушения.

Укаэанная цель достигается тем, что в известном образце прототипа, выполненном в виде бруска с расположенными на двух его противоположных гранях двумя Чобразными прорезями, угол при вершине которых равен 90, а стенки симметричны относительно плоскости поперечного сечения серединной части дополнительно на... Ж,, 1835064 А3 действием нормальных напряжений вне зоны разрушения. В образце для испытаний композитных материалов на сдвиг, выпonненного в виде бруска с расположеннь.ми на двух его противоположных гранях двумя

V-образными прорезями, угол при вершине которых равен 90, а стенки симметричны относительно плоскости поперечного сече, ния серединной части, дополнительно на двух других противоположных гранях образца выполнены симметрично указанной плоскости поперечного сечения две одинаковые прорези, угол при вершине каждой из которых лежит в пределах 60 < а<120 . Расстояние между вершинами дополнительных прорезей выбирается из следующих соотношений: t (О/z) (Т/К), К=2+ о/т, где 0— предел прочности материала по нормальным напряжениям; т — предел прочности материала на сдвиг, 1 з.п. ф-лы, 5 ил, двух других противоположных гранях образца выполнены симметричные ук;занной плоскости поперечного сечения две одинаковые поорези, угол при вершине каждой из которых лежит в пределах 60 < à<1200. Эти дополнительные прорези ослабляют рабочее сечение и определяют-привязывают разрушение к зоне чистого и постоянного напряжения сдвига, т.е. к области действия только касательных напряжений.

Расстояние t между вершинами дополнительных прорезей выбирается из следующих соотношений:

С7 т

<- °

К= 2+ —, (7

1835064

40 где Т вЂ” ширина образца; о- предел прочности материала по нормальным напряжениям; t — предел прочности материала на сдвиг; К вЂ” коэффициент. Выбор ширины t рабочей зоны по указанному выражению обеспечивает разрушение образца в расчетной зоне чистого сдвига. Приведенное выражение. получено на основе анализа соотношения прочностей по касательным и нормальным напряжениям и экспериментально подтверждено на большом ряде разных материалов при лабораторных испытаниях в Институте механики полимеров Латвийской академии наук.

На фиг, 1 представлен предлагаемый образец; на фиг. 2 — сечение А-А образца в рабочей зоне; на фиг. 3-схема его нагружения; на фиг, 4 — диаграмма моментов М нагружения образца; на фиг. 5 — диаграмма поперечных сил 0 при нагружении образца.

Образец для испытания материалов на сдвиг выполнен в виде бруска (см. фиг. 1 и

2). B центральной части образца выполнены четыре симметрично расположенные V-o6разные прорези; две прорези 2 и 3 с углом

90 — на сторонах образца по его высоте Н и две прорези 4 и 5 с углом 60 — 120 — на сторонах образца по его ширине Т. Кроме того, ширина t рабочей зоны прорезей 4 и 5 (см, фиг. 2) выбирается из ранее приведенного выражения и Т <- Х

0 где К-2+ — .

Высота h рабочего сечения прорезей 2 и 3 составляет 0,5-0,6 от высоты образца Н.

Радиус R закругления вершины прорезей выбирается в пределах 0,7-3 мм.

Высота Н и ширина Т образца выбирается иэ условия обеспечения представительного объема материала в рабочей зоне образца. Обычно высота Н составляет 12-.20 мм, ширина Т образца выбирается 0,5-1,5 от высоты образца Н, а длина L образца s 4 раза превышает высоту Н образца.

Образец испытывают следующим образом, Образец, выполненный в виде бруска с четырьмя прорезями, нагружают по схеме несимметричного четырехточечного изгиба.

Для этого образец 1 устанавливают на опоры, как показано на фиг. 3, и нагружают двумя парами сил, производящих два взаимоуравновешенных и противодействующих моментов. В результате в среднем сечении (в центральной зоне область между прорезями) суммарный изгибающий момент равен нулю (см. фиг, 4), а действует только сдвигающая сила 0 (см. фиг. 5), величина которой зависит от способа реализации граничных условий. При граничных условиях, заданных силами, например по схеме фиг.

3, сдвигающая нагрузка Q зависи от расстояния а и Ь между силами и ее можно определить по формуле з-Ь где Р— приложенная нагрузка; а и Ь вЂ” расстояние между силами.

Затем по расчетной формуле определяют прочность испытываемого материала при сдвиге

h где Q — сдвигающая сила; h — высота рабь чего сечения; t — ширина рабочей зоны, Применение образцов по предлагаемому решению (с дополнительными прорезями по ширине образца) дает ряд преимуществ по сравнению с известными аналогичными образцами: понижается вероятность разрушения образца вне зоны чистого сдвига вследствие ослабления рабочей эоны, понижения общей нагрузки на образец и снижения напряжений от поперечных сил в образце вне рабочей зоны; повышается точность и достоверность полученных результатов; расширяется область применения образцов, т.е. появляется возможность проводить испытания на сдвиг материалов с высокой прочностью на сдвиг, например, из пространственно-армированных композитов, что невозможно было осуществить с ранее известными образцами.

Предлагаемое решение многократно проходило проверку в лабораторных испытаниях Института механики полимеров Латвийской АН при исследованиях прочностных свойств новых композитных материалов и имеет определенный коммерческий интерес.

Формула изобретения

1. Образец для испытаний композитных материалов на сдвиг, выполненный в виде бруска с расположенными на двух его противоположных гранях двумя V-образными прорезями, угол при вершине которых равен 90, а стенки симметричны относительно плоскости поперечного сечения серединнойчасти. отличающийся тем, что, с целью повышения точности при испытаниях на чистый сдвиг эа счет снижения погрешностей, связанных с действием нормальных напряжений вне зоны разрушения, на двух других противоположных гранях образца выполнены симметричные указанной плоскости поперечного сечения дополнительные две одинаковые прорези, угол при

3835064 вершине каждой иэ которых лежит в следующих пределах, 600(а(120О

2.0браэецпоп. 1, отличающийс я тем, что расстояние между вершинами

I дополнительных прореэей выбрано иэ следующих соотношений: (о/ ) (т/к ), к = т + а/, где сг — предел прочности материала при нормальном нагружении;

t — предел прочности материала на сдвиг.

1835064

Составитель А. Арнаутов

Техред M. Моргентал Корректор М, Андрушенко

Редактор i

Заказ 2713 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101