СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2004 года по МПК G01N19/04 

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 (ε=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·π·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; R₀, 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·π·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·π·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.

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.

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·π·R₀·h₀,

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