Лако-красочные материалы — производство

В настоящем разделе рассматриваются некоторые ил наиболее часто используемых образцов для испытании при раскалывании или определении трещиностойкости. Необходимо отметить, что процессы разрушения могут начинаться в материале или клеевом соединении различными способами, которые известны как виды разру­шения. Наиболее общим тином разрушения является расслаивание и нот вид раз­рушения называют Тни I. Характер расслаивания был показан ранее на рис. 2.3 и повторно приведен на рис. 3.1G. Следующий тип разрушения, получивший обозна­чение Тип II. представляет собой сдвиг и этот тип аналогичен приложению усилия сдвига, показанному на рис. 2.2, за исключением того, что в теле образца создана трещина. Последним типом разрушения является раздир[12] или Тни III. Раздир об­разца может быть представлен как страгиванис лицевых сторон материала выше и ниже трещины во взаимно противоположных направлениях, характер которого также показан на рис. 3.16. Для обозначения данных типов разрушения использо­ваны римские цифры и обычно их приводят в виде подстрочных индексов для ско­рости освобождения оперши де<!юрмацни. Необходимо заметить, что наименьшее значение скорости освобождения энергии дсч])ор. мациі< почти всегда соответствует разрушению Типа I Рассматриваемые в данной работе образцы относятся исклю­чительно к разрушению Типа 1 и в данном случае скорость высвобождено энергии деформации обозначается символом :б;. При проработке другой литературы, отно­сящейся к данному вопросу, необходимо учитывать вид разрушения.

Tim III

htr?. 16. Схематическое изображение трех видов рарушеппя Тип I известен как расслаива­ние; Тим 11 — как сдвиг, Тип 111 — как |>аздир

Самым простым образцом, позволяющим правильно воспроизводить и анализиро­вать характер разрушения, является одііо[юднмй образец в <|юрме двух консольной балки Такой образец, регламентируемый стандартом ASTM 03443, схематично по­казан на рис. 3.17. В данном образце субстраты однородны по <|юрме и профилю поперечного сечения. Форма этих образцов обычно представляет собой в сечении
квадрат размером 25.1 х 25.4 мм. Первоначально в край образца вводят «бритвенное лезвие для того, чтобы инициировать появление краевоіі трещины в клеевом соеди­нении. Перед началом испытания лезвие удаляют на образца. К краю образца при­кладывают нагрузку одним из указанных ниже способов. Наиболее часто в образце (рис. 3.17) сверлят отверстия и. используя зтн отверстия, образец закрепляют в за­жимах разрывной машины. При приложении нагрузки происходит распростране­ние начальной трещины. Одним из измеряемых параметров является перемещение образца, определяемое ходом ползунка разрывной машины; другой представляет собой зависимость длины трещины от величины нагрузки. Этот метод является в значительной степени достаточно сложным и требует применения либо быстродей­ствующей фотосъемки, либо закрепления соответствующих датчиков на клеевом соединении. Например, одним из способов является нанесение с определенным шагом токопроводящей краски на боковую поверхность клеевого соединения и из­мерение длины трещины по величине последующего разрыва проводящего пути, образованного полосами краски.

F

l*u( ‘}. 17. Образец двухконсольион балки

3.5.1.2. Линейно-упругая механика разрушения образца в виде двухконсольной балки

Переписав уравнение (2.12) относительно разности максимального и минимально­го значений силы п деформаций, получаем

U/-50 1 (IW+D6F-г 5F8D) ■

^ 2 2

Это уравнение может быть представлено в следу кнцем упрощенном виде:

V =—(Fbl)-D6F).

‘ 2

Подсганляя уравнение (3.32) в уравнения (2.13) и (2.14). получаем

Данное уравнение представляет собой выражение для определения скорости освобождения энергии деформации исходя из измеряемых параметров F и I) и пх производных относительно длины трещины. Можно п|>евратить это уравнение в ра­венство и в результате этого перевести измеряемые параметры Г и I) п F и D. пред-
стапляющие собой критическую силу и деформацию при росте трещины. Таким об­разом, получаем следующее выражение:

(3.34)

Анализ рис. 2.6 показывает, как можно преврати. уравнение (3.34) в выраже­ние. которое позволяет определить одну переменную величину вместо двух. Если на осях рис. 2.6 отложить значения напряжения и деформации, то угол наклона кри­вой будет представлять модуль упругости. Однако, так как на этих осях отложены значения силы и перемещения, можно только говорить о том. что наклон кривой описывает жесткость данного определенного образца. Обратная величина жестко­сти определяется как податливость образца. Величина С — D/F, так как в данном случае рассматривается линейно упругий материал (в этом выражении величина С представляет собой податливость). Используя данное выражение, можно следую­щим образом уп|км:тить уравнение для критической силы и перемещения при росте трещины:

!>1±ь£

2п С1 Ъа~2п «о ^

Последнее уравнение играет важную роль, так как величина ЬС/Ъп может быть либо рассчитана, либо измерена. Для случая двухконсольных балок величина 5С/5« может быть определена в соответствии с теорией балки. Для балки, имеющей по­стоянное поперечное сечение, высоту h. ширину w и модуль упругости изменение податливости в зависимости от длины трещины описывается выражением:

(3.36)

Это уравнение показывает, что величина 8(?/б« может быть постоянной, если выражение, приведенное в скобках уравнения, является постоянным. Такой вы­вод оказался справедливым, н исследователи предложили использование ско­шенных по высоте или ширине двух консольных балок. Скошенная по высоте лвухконсольная балка была использована для исследования клеевых соединений алюминиевых субстратов, в то время как скошенная по ширине двух консольная бал­ка использовалась, аля исследования клеевых соединений углепластиков [9). Взави — симости от модуля Юнга субстратов используют различиме уклоны для получения образцов соответствующих размеров. Определение ‘S(i оказывается более простой операцией при использовании скошенных балок, так как критическая скорость освобождения энергии деформации прямо пропорциональна критической силе при расп[м>странении трещины. 11л рис. 3.18 показано сравнение графиков зависимости /•’от D при определении Ък для ровного и скошенного образцов двухкоисольной балки.

Анализ кривых, приведенных на двух графиках рис. 3.18, показывает разницу между результатами испытаний двух образцов. На рис. 3.18, а представлены ре­зультаты испытания, полученные для ровного двухконс олыюго образца. Каждый прямолинейный отрезок демонстрирует нагружение образца в начальный момент

Рис. 3.1ft. Схематическое изображение кривых «сила-перемещение*. измеренных на об р<ице двухконсолыюй балки: а — приведен результат для ровной двухконсоль ноіі балки, b для скошенной двухконсолыюй балки. К данном случае очевидно, что критическая сила для роста трешины легко определяется но кроной «сила перемещение» для двухконсолыюй балки

рап1|нн~грансния трещины. Когда образец подвергается повторному нагружению, податливость образца изменяется (длина плеча рычага увеличивается) и кривая по­вторного нагружения имеет другой вид. В каждом случае при измерениях получают различные значения Г. соответствующие тому же значению (б,, которое может быть рассчитано но результатам каждого измерения F, когда величина Г преобразована относительно 6С/Ъа. Из рис. 3.1ti, b очевидно, что для скошенного образца харак­терно постоянное значение /•’ независимо от длины трещины в процессе испытания. Применение скошенного образца предоставляет возможность для непосредственно­го измерения значения *8,.