Nespojitá vlákna. Technická univerzita v Liberci kompozitní materiály 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Podobné dokumenty
Nespojitá vlákna. Nanokompozity

Pevnost v tahu vláknový kompozit. Technická univerzita v Liberci Kompozitní materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Pevnost v tahu vláknový kompozit

Voigtův model kompozitu

Pevnost kompozitů obecné zatížení

Adhezní síly v kompozitech

Adhezní síly. Technická univerzita v Liberci Kompozitní materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Křehké materiály. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek, 2008

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Reologické modely technických materiálů při prostém tahu a tlaku

Kritéria porušení laminy

Nelineární problémy a MKP

Ztráta stability tenkých přímých prutů - vzpěr

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

PRUŽNOST A PEVNOST 2 V PŘÍKLADECH

Adhezní síly v kompozitních materiálech

Optimalizace vláknového kompozitu

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.9 Plasticita a creep

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

Nejpoužívanější podmínky plasticity

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

Kompozitní materiály. přehled

Pružnost a pevnost (132PRPE) Písemná část závěrečné zkoušky vzorové otázky a příklady. Část 1 - Test

Mechanické vlastnosti technických materiálů a jejich měření. Metody charakterizace nanomateriálů 1

PMC - kompozity s plastovou matricí

Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Porušení hornin. J. Pruška MH 7. přednáška 1

Nauka o materiálu. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

ZÁKLADNÍ PŘÍPADY NAMÁHÁNÍ

Příklady použití kompozitních materiálů

Vzpěr, mezní stav stability, pevnostní podmínky pro tlak, nepružný a pružný vzpěr Ing. Jaroslav Svoboda

Nejpoužívanější podmínky plasticity

Použitelnost. Žádné nesnáze s použitelností u historických staveb

Kontraktantní/dilatantní

Zkoušení kompozitních materiálů

Pevnostní vlastnosti

Zkoušení kompozitních materiálů

Prvky betonových konstrukcí BL01 11 přednáška

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

Část 3: Analýza konstrukce. DIF SEK Část 3: Analýza konstrukce 0/ 43

PRUŽNOST A PLASTICITA I

DVA ZÁKLADNÍ PROBLÉMY PLASTICITY KOVŮ

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

Statika 2. Vybrané partie z plasticity. Miroslav Vokáč 2. prosince ČVUT v Praze, Fakulta architektury.

VYHODNOCENÍ LABORATORNÍCH ZKOUŠEK

OHYB (Napjatost) M A M + qc a + b + c ) M A = 2M qc a + b + c )

Kapitola vstupních parametrů

Posouzení trapézového plechu - VUT FAST KDK Ondřej Pešek Draft 2017

18MTY 1. Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

Výroba tablet. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Lisování tablet. POMOCNÉ LÁTKY (kluzné látky, rozvolňovadla) LÉČIVÉ LÁTKY

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

1.1 Shrnutí základních poznatků

Střední průmyslová škola strojírenská a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky, Kolín IV, Heverova 191

Výroba tablet. Lisovací nástroje. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Lisování tablet. Horní trn (razidlo) Lisovací matrice (forma, lisovnice)

České vysoké učení technické v Praze, Fakulta strojní. Pevnost a životnost Jur II. Pevnost a životnost. Jur II

Analýza napjatosti PLASTICITA

Lineární stabilita a teorie II. řádu

Druhy vláken. Technická univerzita v Liberci Kompozitní materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Jednoosá tahová zkouška betonářské oceli

ZÁKLADNÍ ÚLOHY TEORIE PLASTICITY Teoretické příklady

Únosnost kompozitních konstrukcí

NÁVRH A POSOUZENÍ DŘEVĚNÝCH KROKVÍ

Prvky betonových konstrukcí BL01 6 přednáška. Dimenzování průřezů namáhaných posouvající silou prvky se smykovou výztuží, Podélný smyk,

3. Tenkostěnné za studena tvarované OK Výroba, zvláštnosti návrhu, základní případy namáhání, spoje, přístup podle Eurokódu.

Pružnost a pevnost I

Příloha č. 1. Pevnostní výpočty

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

OOFEM: Implementace plasticitního materiálového modelu Cam-Clay. Ondřej Faltus, ZS 2016/17 Vyučující: Ing. Martin Horák, PhD.

Smyková pevnost zemin

Houževnatost. i. Základní pojmy (tranzitní lomové chování ocelí, teplotní závislost pevnostních vlastností, fraktografie) ii.

Předpjatý beton Přednáška 5

Rovinná úloha v MKP. (mohou být i jejich derivace!): rovinná napjatost a r. deformace (stěny,... ): u, v. prostorové úlohy: u, v, w

Nelineární analýza materiálů a konstrukcí (V-132YNAK) Přednáška 2 Princip metody konečných prvků

Teorie prostého smyku se v technické praxi používá k výpočtu styků, jako jsou nýty, šrouby, svorníky, hřeby, svary apod.

Fakulta strojního inženýrství Ústav mechaniky těles, biomechaniky a mechatroniky

Tepelná technika. Teorie tepelného zpracování Doc. Ing. Karel Daďourek, CSc Technická univerzita v Liberci 2007

Okruhy otázek ke zkoušce

Klopením rozumíme ztrátu stability při ohybu, při které dojde k vybočení prutu z roviny jeho prvotního ohybu (viz obr.). Obr.

Vybrané okruhy znalostí z předmětů stavební mechanika, pružnost a pevnost důležité i pro studium předmětů KP3C a KP5A - navrhování nosných konstrukcí

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

5. Únava Zatížení při únavě, Wöhlerův přístup a lomová mechanika, únosnost, vliv vrubů, kumulace poškození, přístup podle Eurokódu.

NÁVRH A POSOUZENÍ DŘEVĚNÉHO PRŮVLAKU

DIMENZOVÁNÍ PODVOZKU ŽELEZNIČNÍHO VOZU PRO VYSOKÉ KOLOVÉ ZATÍŽENÍ SVOČ FST_2018

Sylabus přednášek OCELOVÉ KONSTRUKCE. Vzpěrná pevnost skutečného prutu. Obsah přednášky. Únosnost tlačeného prutu. Výsledky zkoušek tlačených prutů

Co by mohl (budoucí) lékař vědět o materiálech tkáňových výztuží či náhrad. 20. března 2012

Jednoduchá metoda pro návrh ocelobetonového stropu

Viskoelasticita. určeno pro praktikum fyziky Jihočeské univerzity, verze

Pružnost a pevnost. zimní semestr 2013/14

Kap. 3 Makromechanika kompozitních materiálů

Experimentální zjišťování charakteristik kompozitových materiálů a dílů

Materiálové vlastnosti: Poissonův součinitel ν = 0,3. Nominální mez kluzu (ocel S350GD + Z275): Rozměry průřezu:

6 ZKOUŠENÍ STAVEBNÍ OCELI

Obr. 9.1 Kontakt pohyblivé části s povrchem. Tomuto meznímu stavu za klidu odpovídá maximální síla, která se nezývá adhezní síla,. , = (9.

LOGO. Struktura a vlastnosti pevných látek

Kapitola 3.6 Charakterizace keramiky a skla POVRCHOVÉ VLASTNOSTI. Jaroslav Krucký, PMB 22

Zde je uveden abecední seznam důležitých pojmů interaktivního učebního textu

Ocelobetonové stropní konstrukce vystavené požáru Jednoduchá metoda pro požární návrh

Transkript:

Nespojitá vlákna Technická univerzita v Liberci kompozitní materiály 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Vliv nespojitých vláken Zabývejme se nyní uspořádanými nespojitými vlákny ( 1D systém) s tahovým zatížením v hlavním směru Zatížení do krátkých vláken se může dostat pouze adhezními silami z matrice Protože jsou vlákna velmi tenká, zanedbáváme síly přenášené základnami vláken Předpokládáme, že veškerá síla je do vláken přenášena tečnými adhezními silami z matrice K posouzení vlivu těchto sil je nutné předpokládat, jaké je chování matrice i vláken při zatížení

Elastická vlákna dokonale plastická matrice Plastická deformace v matrici kolem vlákna

Výpočet rovnováhy Rovnice rovnováhy σ*πr 2 + τ p *2πr*dx = (σ+dσ)*πr 2 Úpravou získáme dσ = 2 τ p /r*dx Integrací až do středu vlákna délky l σ dmax = τ p *l / r

Malé napětí ve vláknech Průběh napětí v tak krátkých vláknech, že je σ max menší než σ d, odpovídající Voigtovu modelu pro spojitá vlákna. Tedy σ max < σ c * E d /E c Střední napětí ve vláknech je σ s = σ max /2 Celé vlákno je neefektivní není nikde zatíženo až na mez dosahovanou u dlouhých vláken

Větší napětí ve vláknech Průběh napětí v takových vláknech, že je uprostřed napětí, odpovídající Voigtovu modelu dál se nemůže zvýšit Tedy σ max = σ c * E d /E c Na každé straně napětí roste v délce l t = E d /E c * σ s * r/2 τ p Střední napětí ve vláknech je σ s = σ max * (1 - l t /l ) Vlákno má neefektivní délku 2* l t = E d /E c * σ s * r/ τ p

Porušení vláken Kritická délka vlákna Jestliže je ve středu vlákna dosaženo napětí R du, vlákno praskne. Přitom l t = l k. Kritická délka vlákna. Platí tedy l k = R du * r / 2 τ p Závisí na materiálových vlastnostech i rozměrech vlákna, proto raději kritická štíhlost s k = l k / r = R du / 2 τ p Tečné napětí τ p může být buď mez kluzu matrice, nebo tečné adhezní napětí, nebo tření mezi matricí a vláknem

Neefektivní délka při porušení Vlákno délky menší než 2 * l k se nikdy nemůže přetrhnout Při porušení kompozitu je takovéto vlákno vytrženo. Lom kompozitu tedy nastává vytržením vláken z matrice. Jsou to tzv krátká vlákna. Vlákno délky 2 * l k se může buď vytrhnout nebo přetrhnout, i když je uprostřed něho napětí R du, je v něm přitom ale střední napětí jen R du / 2

Jiná chování matrice Vztahy jsou daleko komplikovanější, výsledky ale přibližně souhlasí

Elastické řešení matrice Průběhy odpovídají hyperbolickým funkcím z je vzdálenost od okraje krátkého vlákna Kritická štíhlost z ideálně plastického přiblížení s k = 1,6 řešení přibližně odpovídá V matrici vychází tlakové radiální napětí - výhodné

Elastoplastická skutečnost Experimentálně zjištěný průběh z je vzdálenost od okraje krátkého vlákna Kritická štíhlost vypočtená z ideálně plastického přiblížení s k = 31 Je možné použít ideálně plastické přiblížení

Tuhost kompozitů Pro nespojitá vlákna je Youngův modul v podélném směru E kd vždy menší než pro spojitá - E k. Přesný výpočet je možné provést z Halpin Tsaiových rovnic. Přibližný vztah E kd = E k * (1 l k /l * ε/ε u ), l k je kritická délka, l délka vlákna, ε u je deformace vláken při jejich lomu. Je vidět, že Youngův modul kompozitu klesá s rostoucí deformací. Příčný Youngův modul není délkou vláken ovlivněn.

Skutečná změna E Ukázka skutečných poklesů podélného Youngova modulu se štíhlostí vlákna Vlevo pro kompozit epoxid - grafitové vlákno Vpravo pro kompozit epoxid - skleněné vlákno Pokles modulu nastává pod štíhlostí s k = 100

Střední napětí ve vláknech Obecně lze psát σ s = σ max * (1 (1-q)*l t /l ) Korekční koeficient q je poměr modrých ploch nad trojůhelníkovým průběhem napětí k ploše růžových trojúhelníků Koeficient q může být mezi 0 a 0,5, ale většinou se jen velmi málo liší od nuly

Pevnost kompozitu Platí odvozené vztahy pro podélnou pevnost v tahu, jestliže místo R du dosadíme střední hodnotu napětí ve vláknech při jejich praskání R dus = R du * (1 (1-q)*l t /l ) Pro vlákna s l < 2 * l k nutno počítat s vytažením a ne s porušením vláken

Pevnost pro krátká vlákna Pokud je l < 2 * l k platí vztah R ku = v f * τ p *l/2r + R mu * (1 v f ) Pro kritickou délku l = 2 * l k platí vztah R ku = v f * R du /2 + R md * (1 v f ) Pro kritický objem vláken platí v krit = (R mu R md ) / (τ p *l/2r R md ) Pro kritickou délku l = 2 * l k je kritický objem vláken téměř dvojnásobný než pro spojitá vlákna

Pevnost pro dlouhá vlákna Pro vlákna délky l > 2 * l k platí vztah R ku = v f * R du *(1 - l t /l ) + R md *(1 v f ) Pro kritický objem vláken platí v krit = (R mu R md ) / (R du *(1 - l t /l ) R md ) Pokud bychom chtěli uvažovat jinou než ideálně plastickou matrici, nutno ještě zavést korekční součinitel q.

Pokles pevnosti kompozitu Tabulka poklesu pevnosti s délkou krátkých vláken l/l k 1 2 5 10 50 100 R kuk / R kus 0,5 0,75 0,90 0,95 0,99 0,995 - R kuk - pevnost kompozitu s krátkými vlákny, R kus - pevnost kompozitu se spojitými vlákny - Je patrné, že s přesností do 10 % je možné vlákna od pěti kritických délek považovat za spojitá