СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ ВОЛОКОН В ОДНООСНООРИЕНТИРОВАННЫХ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ Российский патент 2015 года по МПК G01N3/12 

Изобретение относится к способам определения прочности сцепления волокон в одноосноориентированных волокнистых композитных материалах, применяемых в строительных конструкциях и изделиях.

Область применения - строительная отрасль и др. Известен способ определения адгезионной прочности композиционных материалов (RU 2231772), заключающийся 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.

Недостатком способа является нелинейное распределение напряжений по поверхности отрыва - максимальные на уровне середины центральной части и уменьшающиеся к ее краям по нелинейному закону, т.к. зависят от прогиба внешнего кольцевого слоя, соответствующего приложенной нагрузке.

Наиболее близким по техническому решению, принятым за прототип является способ испытания древесины на скалывание вдоль волокон (RU 2295717), заключающийся в том, что нагружение сжимающим усилием осуществляется на контрольных образцах, выполненных в виде двух неподвижных опорных частей и одной скалываемой части, а предел прочности на скалывание вдоль волокон определяют по установленной математической формуле.

Недостатком прототипа является невозможность его применения в исследовании прочностных характеристик композитных материалов небольших размеров. Например, при испытании композитных стержней, арматуры, профильных изделий и т.п., с размерами поперечного сечения 3-5 мм, т.к. размеры дефектных зон, возникающие от действия режущих инструментов при изготовлении предложенной формы образцов, будут соизмеримы с размерами рабочей зоны образца, что приведет к получению недостоверного значения искомого параметра.

Задачей предложенного изобретения является повышение точности испытания и получение достоверных значений показателя прочности сцепления волокон одноосноориентированных волокнистых композитных материалов.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе определения прочности сцепления волокон в одноосноориентированных волокнистых композитных материалах прикладывают растягивающую нагрузку к образцу в виде стержня 1 (Фиг. 1), имеющему на одном торце буртик 4, образованный вытачиванием кольцевой прямоугольной канавки 2, предназначенной для размещения полупластин 5 и 6, обеспечивающих равномерное распределение нагрузки по поверхности буртика, и захвата разрывной машины 7 (или приспособления), усилие замеряют в момент сдвига буртика 4 относительно центральной части образца 3, а прочность сцепления волокон материала определяют по математической формуле:

где τ - прочность сцепления волокон, Па;

P_max - максимальная разрушающая нагрузка, Н;

d - диаметр центральной части образца, м;

h - высота буртика, м.

На Фиг. 2 приведены размеры образца для испытания. На Фиг. 3 приведена общая схема испытания.

Способ определения прочности сцепления волокон в одноосноориентированных волокнистых композитных материалах осуществляется следующим образом.

На образце цилиндрической формы 1 (Фиг. 1) диаметром D на расстоянии (1/3…1/2)D от одного торца вытачивается кольцевая прямоугольная канавка 2, такой глубины, чтобы центральная часть образца 3 имела круглое поперечное сечение диаметром 1/3D, и шириной, достаточной для размещения распределительных полупластин 5 и 6 и захвата 7 (или приспособления) разрывной машины. Противоположный конец образца закрепляют в верхний захват разрывной машины, а в канавку 2 устанавливают полупластины 5 и 6, обеспечивающие равномерное распределение нагрузки по поверхности буртика 4, и заводят захват разрывной машины 7. Затем прикладывают растягивающую нагрузку и замеряют усилие в момент сдвига буртика 4 относительно центральной части 3 образца.

Напряжение на поверхности сдвига находят по математической формуле

где τ - прочность сцепления волокон, Па;

P_max - максимальная разрушающая нагрузка, Н;

d - диаметр центральной части образца, м;

h - высота буртика, м.

Отличительными признаками предложенного способа по сравнению с прототипом являются форма образца, его небольшие размеры (можно использовать образцы с размером поперечного сечения 3 мм и более), простота в изготовлении и осуществлении данного метода.

Пример конструктивного воплощения способа

У стержня полимеркомпозитной (базальтопластиковой) арматуры диаметром D=10 мм, на расстоянии 3 мм от одного торца на токарном станке была выполнена кольцевая прямоугольные канавка толщиной 3 мм и глубиной 3 мм. Диаметр центральной части образца составил 4 мм. Испытание провели по вышеуказанной методике. В момент сдвига буртика относительно центральной части образца было зафиксировано усилие Р=120 кгс. В системе СИ: d=0.004 м, h=0.003 м, P_max=1177 Н.

Прочность сцепления волокон материала оценили по формуле:

Изобретение относится к способам определения прочности сцепления волокон в одноосноориентированных волокнистых композитных материалах, применяемых в строительных конструкциях и изделиях. Сущность: осуществляют закрепление цилиндрического образца, имеющего на одном торце буртик, образованный вытачиванием кольцевой прямоугольной канавки, предназначенной для размещения захвата разрывной машины, в захватах разрывной машины. Прикладывают нагрузку и замеряют растягивающее усилие в момент сдвига буртика относительно центральной части образца, а прочность сцепления волокон материала определяют по математической формуле. Технический результат: повышение точности испытания и получение достоверных значений показателя прочности сцепления волокон одноосноориентированных волокнистых композитных материалов. 3 ил.

Способ испытания образцов из одноосноориентированных волокнистых композитных материалов, включающий закрепление образца в захватах разрывной машины, приложение нагрузки и определение прочности сцепления волокон по математической формуле, отличающийся тем, что способ осуществляется на цилиндрическом образце, имеющем на одном торце буртик, образованный вытачиванием кольцевой прямоугольной канавки, предназначенной для размещения захвата разрывной машины, растягивающее усилие замеряют в момент сдвига буртика относительно центральной части образца, а прочность сцепления волокон материала определяют по математической формуле:

где τ - прочность сцепления волокон, Па;
P_max - максимальная разрушающая нагрузка, Н;
d - диаметр центральной части образца, м;
h - высота буртика, м.