Короткі теоретичні відомості. Модуль пружності у напрямі армування може бути розрахований з умови, що при розтягуванні уздовж волокон деформації арматури і матриці однакові

Модуль пружності у напрямі армування може бути розрахований з умови, що при розтягуванні уздовж волокон деформації арматури і матриці однакові. Напруги в площині поперечного перетину при цьому розподіляються пропорційно жорсткості матеріалів компонентів, і приведена жорсткість композиту визначиться по формулі:

. (1)

Модуль пружності в напрямі, перпендикулярному напряму армування, розраховується з умови, що при розтягуванні упоперек волокон напруги у волокнах арматури і в матриці однакові. Деформації у напрямі навантаження, що прикладається, при цьому розподіляються пропорційно жорсткості матеріалів компонентів, а приведена жорсткість композиту може бути визначена по формулі:

. (2)

Модулі пружності в напрямах, орієнтованих під кутом ±j по відношенню до напряму укладання арматури, можуть бути визначені на підставі рівнянь теорії пружності анізотропного тіла і для плоскої шаруватої пластини розраховуються по формулі:

(3)

де .

На рис. 1 наведений приклад графіка залежності Е_j від величини кута армування для склопластика з об'ємним змістом наповнювача q = 0,5.

Рис. 1. Залежність модуля пружності симетрично армований КМ від кута армування

Методика досліджень

Експериментальна частина лабораторної роботи полягає у вимірюванні прогинання консольно закріпленої балки під дією поперечної сили (DР) і обчисленні модуля пружності матеріалу по відомих формулах курсу „Опір матеріалів”.

Схема навантаження зразка показана на рис 2.

Розрахункове значення величини прогинання балки на відстані х від затискання визначиться по формулі:

звідки

. (4)

Рис. 2. Схема випробування

Зразки для досліджень

При виконанні роботи використовуються два зразки із склопластика на основі термореактивного зв'язуючого. Наприклад: армуючий матеріал – скловолокно Е_В = 65000 МПа; матричний матеріал – зв'язуюче на основі епоксидної смоли ЕД-20 з затвердителем гарячого затвердіння – триетаноламіном (ТЕА). Модуль пружності матриці Е_М = 4000 МПа. Об'ємна частка волокна в композиті q = 0,5. Зразки виготовляються методом пресування при однакових параметрах температурно-тимчасового режиму і тиску.

Зразки відрізняються напрямом укладання волокон (рис. 3).

Порядок виконання роботи

1. Визначити геометричні характеристики зразків, для чого в чотирьох перетинах по довжині виміряти ширину „b” і товщину „d” кожного з випробовуваних зразків з точністю ±0,05 мм.

2. З урахуванням жорсткості на згин зразків рекомендується при закріпленні їх в установці задати наступні величини відстаней від закладення зразка до осі індикатора переміщень –х і до точки додатку навантаження DР – L:

для 1-го зразка: х = 300 мм, L = 400 мм DР = 10 Н, Рmax = 40 Н;

для 2-го зразка: х = 150 мм, L = 250 мм DР = 5 Н, Рmax = 20 Н.

Перший зразок Другий зразок

Рис. 3. Зразки для дослідження

3. Навантажити зразок силою Р₁ = DР, Р2 = 2DР, Р3 = 3DР, Р4 = 4DР, фіксуючи свідчення індикатора переміщень при кожному навантаженні. Визначити приріст прогинання y_i(х) від навантаження DР, для чого після кожного навантаження з свідчень індикатора треба віднімати попереднє значення прогинання.

4. Виконати п.3 для другого зразка.

5. Отримані дані занести в табл. 1.