Модуль упругости при растяжении композита

Определение прочности материала при растяжении проводится по ГОСТ 11262, а определение модуля упругости – по ГОСТ 9550-81.

Образцы для испытаний термопластов и армированных пластиков должны соответствовать типу и размерам, указанным на рисунке и в таблице.

Рисунок 1: Образцы для испытаний материалов на растяжение (Числовые значения параметров приведены в таблице 1)

Образец типа 1 применяют для испытаний пластмасс с высоким относительным удлинением при разрыве (полиэтилен, пластифицированный поливинилхлорид), образец типа 2 – для испытаний большинства материалов (термореактивные, термопластичные и слоистые пластики), образец типа 3 в форме полоски – для испытаний стеклопластиков.

Таблица 1

Диаграмму растяжения строят при нагружении образца до разрушения. Скорость нагружения – 2,0±0,4 мм/мин. По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительно удлинение при разрыве e.

По максимальному значению нагрузки Fpвычисляют предел прочности при растяжении.

Удлинение измеряют прибором с погрешностью не более 2% в диапазоне 0,1–0,5 мм. База преобразователя перемещения L, устанавливаемого на образец, не менее 20 мм.

По диаграмме деформирования определяют значения нагрузок F1 и F2 и удлинение Dl1 и Dl2, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3% и рассчитывают модуль упругости при растяжении.

При невозможности записи диаграммы деформирования модуль упругости определяют при циклическом нагружении образца (до получения стабильных приращений) в диапазоне усилий F1 = (0,05–0,1)×Fр до F2 = 0,2×Fр. При значениях нагрузки F1 и F2 определяют приращение Dl на базе L.

 Испытания полимерных материалов на растяжение:  экспериментальная часть

 Испытания на растяжение полимерных материалов проводят при температуре 23±2°С в соответствии с ГОСТ 11262–80 и ГОСТ 9550–81.

Перед испытанием замеряют ширину и толщину образцов в рабочей части с точностью до 0,01 мм не менее чем в трех местах и вычисляют площадь поперечного сечения. В расчет принимают наименьшую площадь поперечного сечения.

Перед испытанием на образец наносят необходимые метки (без повреждения образцов), ограничивающие его базу и положение кромок захватов (таблица).

Образцы закрепляют в зажимы испытательной машины по меткам, определяющим положение кромок зажимов, таким образом, чтобы продольные оси зажимов и ось образца совпадали между собой и с направлением движения подвижного зажима. Зажимы затягивают равномерно, чтобы не было проскальзывания образца в процессе испытания, но при этом не происходило его разрушение в месте закрепления. Далее настраивают прибор для замера деформаций.

Затем образец нагружают возрастающей нагрузкой, величину которой фиксируют по шкале динамометра. Скорость нагружения составляет 25 мм/мин при определении прочности и относительного остаточного удлинения. В момент разрушения фиксируют наибольшее усилие и определяют прочность при растяжении по формуле

где Fp – нагрузка, при которой образец разрушился, Н; S = b×h – начальное поперечное сечение образца, мм2; b, h – ширина и толщина образца соответственно, мм.

Образцы, разрушившиеся за пределами рабочей части, за результат не принимают.

По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительное удлинение при разрыве e:

где Dl – изменение расчетной длины образца в момент разрыва, мм; l – расчетная длина, мм.

Модуль упругости определяют по формуле

где F1, F2 – значения нагрузок, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3%, Н; Dl1, Dl2 – удлинение при нагрузках F1, F2 соответственно, мм.

За результат измерения прочности, относительного удлинения и модуля упругости принимают среднее арифметическое значение для всех образцов.

Результаты испытаний заносят в протокол.

 Образцы протоколов испытаний на растяжение

ПРОТОКОЛ № ____ от _____________

Испытания на растяжение по ГОСТ 11262–80

1. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
2. АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)
3. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
4. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, количество, метод изготовления)
5. УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50% в течение 24 ч.
6. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:

Испытания провел:

ПРОТОКОЛ № ____ от _____________

Определения модуля упругости при растяжении по ГОСТ 9550–81

1. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ МАШИНА (тип, номер, год выпуска, шкала)
2. АППАРАТУРА: (измеритель удлинения, тип и основные характеристики)
3. МАТЕРИАЛ: (тип, марка или состав связующего, ГОСТ, дата изготовления)
4. ОБРАЗЦЫ: (тип, размеры, база, количество, метод изготовления)
5. УСЛОВИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ: температура 20 °С, относительная влажность 50 % в течение 24 часов.
6. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ: (температура, влажность, скорость нагружения)
7. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ:

Испытания провел:

 Читайте также: Механические свойства полимеров

Прежде, чем приобрести композитную арматуру, любой покупатель пожелает узнать особенности ее применения, положительные и отрицательные стороны, и главный источник информации — интернет. Но понять, какая информация достоверна, не всегда удается. Попробуем дать ответ на наиболее сложные вопросы и развеять устоявшиеся мифы:

Модуль упругости:

Чтобы растянуть образец на заданное некоторое расстояние, необходимо приложить определенное усилие – это и есть модуль упругости. У композитной арматуры он составляет 45000 Мпа, у металлической – 200 000 Мпа. Значит арматуру из композита в 4 раза легче «растянуть». Однако проведенные исследования доказали, то у стальных материалов величина модуля упругости не постоянна и резко снижается при усилении нагрузки из-за появления пластических деформаций. Главная задача арматуры в бетоне – работа на растяжение и разрыв. У самого бетона модуль упругости имеет колебания в пределах от 20000 до 30000 Мпа, в зависимости от марки, но резиновым его назвать сложно.

Учитывая свойства материала, необходимо учитывать полный комплекс его характеристик, который включает относительное удлинение на разрыв, временное сопротивление разрыву, предел текучести, равномерное удлинение.

Конструкция из железобетона при нагрузке ведет себя следующим образом: После небольшого растяжения в бетоне появляются микротрещины, после чего металлическая арматура препятствует окончательному его растрескиванию. Микротрещины в нагружаемой конструкции явление обычное, так как даже при минимальной нагрузке предотвратить их появление невозможно. От модуля упругости арматуры зависит размер этих трещин, чем он меньше, тем сильнее бетон «провиснет». Чтобы вся конструкция не обрушилась, в действие вступает предел прочности. Чем выше этот предел, тем более сильную нагрузку выдержит бетон. У самого бетона предел прочности при растяжении в 8-20 раз ниже прочности при сжатии. Маркировка В25 означает, что данный класс материала способен выдержать давление на сжатие 25Мпа, а на растяжение всего 1-4 Мпа. У стали этот показатель равен 400 Мпа, а у композитной арматуры 1200 Мпа. Данная характеристика показывает, что конструкция с композитной арматурой способна выдержать в 3 раза большую нагрузку, чем с металлической. Но при этом она в 4 раза сильнее провиснет. Размер микротрещин при одинаковой нагрузке в бетоне с металлической арматурой будет в 4 раза меньше.

Деформация растяжения:

Использование стальной арматуры регулируется ГОСТами и СНиПами, так как со временем она подвергается коррозии, теряет свойства, что может привести к обрушению конструкции. Арматура из композита не ржавеет и разрушение ей не грозит. Однако появление трещин в бетоне не является только следствием коррозии. При усилии на разрыв деформация стеклопластика составляет до 2,8%, а металла 25%.

В СП52-101-2003 указано, что армированные бетонные конструкции дают трещины при деформации растяжения 0,015%, т.е. задолго до предела прочности арматуры, независимо от ее материала (композита или стали).

Если возникло желание заменить металлическую арматуру на композитную в перекрытиях или несущих стенах, необходимо произвести перерасчет проектно-технической документации, что позволит избежать появления крупных трещин. Перерасчет производится для конструкций, подвергающихся максимальным нагрузкам. В местах, где предполагается минимальная нагрузка, допускается замена металлической арматуры на композитную с меньшим диаметром. СНиП позволяет не производить перерасчет раскрытия трещин, не предусмотренных конструкцией. Поэтому элементы конструкции, не подверженные сильной нагрузке, можно смело выполнять с применением стеклопластиковой арматуры.

Миф второй. Равнопрочная или равнозначная замены? В чем разница?

Если произвести замеры двух образцов из металла и композитного материала, получим следующие показатели: прочность на разрыв у композита диаметром 10 мм составит 63000 Мпа, а у стали диаметром 14 мм 60 000 Мпа. Это показывает, что данная замена не является равнопрочной, так как арматура из композита прочнее на 5%. Отсюда вывод, что при равнопрочной замене металлическую арматуру диаметром 14 мм можно смело заменить на композитную с диаметром 10мм.

Что же такое равнозначная замена? При такой замене физические характеристики образцов должны быть идентичны. Если у стеклопластиковой арматуры модуль упругости в 4 раза меньше, чем у металлической, то для замены ее необходимо брать в 4 раза больше. Способность твердого тела деформироваться при приложении к нему усилия называют модулем упругости. Этот термин включает в себя несколько физических величин. Рассчитаем диаметры материалов при равнозначной замене. Если композитного материала необходимо в 4 раза больше, то используя формулу площади круга получаем, что для замены металлической арматуры диаметром 10 мм требуется стеклопластик диаметром 20 мм.

В конструкциях, где прогиб арматуры не имеет особого значения, целесообразно использовать более прочные композитные материалы. В плитах перекрытия или несущих стенах требуется использование металлической арматуры с высоким модулем упругости или производить перерасчет при использовании стеклопластика.

    Так как модуль упругости стеклопластика при сжатии мал, то даже при нагрузках, значительно меньших эйлеровых, прогибы существенно увеличиваются из-за неизбежных начальных несовершенств. Поэтому расчет стержней из стеклопластиков из конструктивных соображений следует проводить на жесткость по допускаемым прогибам. [c.186]

    Ех, Еу — модули упругости стеклопластика в главных направлениях анизотропии Лху, У ух — коэффициенты Пуассона Е — модуль упругости и со — параметы пластичности для среднего слоя гр = 2гр/к — безразмерная граница зоны разгрузки о е — интенсивности напряжений и деформаций  [c.231]

    Структура нити и жгута мало влияет на модуль упругости стеклопластика. Значения реализуемого модуля упругости волокон при чистом изгибе стеклопластиков (на эпоксифенольном связующем) на основе первичной нити, стекложгута в 10 сложений и крученых стеклонитей находятся в пределах 7900—8400 кгс/мм — . Колебания этой характеристики в пределах 6% при испытании стекловолокнитов на растяжение (табл. 1У.7) скорее обусловлены [c.140]

    Следовательно, модуль упругости при изгибе Е= 20 = = 6473 Н/мм по сравнению с модулем упругости стеклопластика без гелевого слоя, равного 7381 Н/мм  [c.204]

    Результаты определения модулей упругости стеклопластиков приведены в табл. 52. [c.189]

    Удельная жесткость стеклопластиков ниже, чем металлических материалов, поэтому при одинаковых напряжениях деформации конструкций из стеклопластиков значительно больше, чем деформации металлических конструкций. Однако благодаря меньшему модулю упругости стеклопластики лучше противостоят вибрации и обладают большей демпфирующей способностью. [c.26]

    Неоднородность механических свойств. Неоднородность макроструктуры стеклопластиков приводит к значительному разбросу показателей прочностных и упругих свойств. Коэффициент вариации пределов прочности и модулей упругости стеклопластиков составляет обычно 10—30%, в то время как для металлов он редко превышает 5%. [c.201]

    Модули упругости стеклопластика в частном случае, когда отклонения волокон заданы детерминированной функцией (волокна имеют синусоидальные отклонения), приводятся в работе [171, с. 39]. В этой же книге даны приближенные значения модулей упругости при малых искривлениях волокон. [c.216]

    В рамках методов, развиваемых в статистической механике материалов, имеется возможность учесть анизотропию компонентов, форму и неоднородность свойств волокон. Однако влияние перечисленных факторов на упругие свойства стеклопластиков несущественно. Так, при коэффициенте вариации упругих свойств стеклянных волокон до 10% поправка к модулям упругости стеклопластика, обусловленная неоднородностью арматуры, не превышает 2%. В то же время эти факторы могут в значительной мере влиять на прочность материала. [c.219]

    Относительно низкий модуль упругости стеклопластиков приводит к тому, что несущая способность тонкостенных конструкций лимитируется не прочностью, а деформативностью и устойчивостью. Для более полного использования высоких прочностных характеристик стеклопластиков в ряде случаев целесообразно изделия делать трехслойными или ставить ребра жесткости. Там, где это возможно, следует конструировать изделия таким образом, чтобы стеклопластик работал не на сжатие, а на растяжение. Следует отметить, что иногда невысокий модуль упругости является преимуществом стеклопластика. Например, трубопроводы из этого материала могут выполняться без компенсаторов температурных деформаций. Листы из стеклопластика легко огибают криволинейные поверхности небольшого радиуса. [c.20]

    Примерно аналогичные результаты получены при экспонировании полиэфирных и фенольных стеклопластиков в течение 935 суток в атмосферных условиях Москвы, Тбилиси и Поти [29, 66]. Наблюдалось снижение прочности и модуля упругости стеклопластиков до 16%. [c.220]

    Модуль упругости стеклопластика, армированного стеклянной тканью, может быть вычислен по формуле [14]  [c.249]

    Трубы из стеклопластиков значительно легче труб из стали и других материалов. В то же время модуль упругости стеклопластика в несколько раз ниже модуля упругости стали. Эти факторы необходимо учитывать при проектировании трубопроводов. На рис. 8.1 [c.111]

    Г е р ш б е р г М. В. Исследование изменения модуля упругости стеклопластиков в произвольном направлении. Технология судостроения , 1964, № 7. [c.326]

    Ниже приведены значения предела прочности и модуля упругости стеклопластиков на основе волокон различного химического состава (результаты получены при исследованиях, выполнявшихся на кольцевых стеклопластиковых образцах по методике, подробно изложенной в гл.II)  [c.129]

    Модуль упругости стеклопластика тах Ю . МПа Е р 10- МПа.  [c.129]

    Для определенных сосудов, изготовленных методом намотки, низкий модуль упругости стеклопластика является серьезным недостатком. Небольшое увеличение модуля упругости может быть достигнуто посредством модификации стеклянной композиции или технологического процесса. Любое значительное увеличение модуля упругости потребует изменений в составе стекла. Такие изменения поставят новые проблемы перед производством стекла и его переработкой в изделия. Наиболее эффективной добавкой [c.19]

    Рпс. 151. Зависимость модуля упругости стеклопластиков от температуры при разном направлении растягивающих усилий  [c.298]

    С повышением температуры модуль упругости стеклопластиков обоих типов уменьшается (следует отметить, что особенно значительно это сказывается нри приложении растяжения под углом 45° к направлению армирующих волокон). [c.298]

    На рис. 154 приведена зависимость механических свойств (прочности и модуля упругости при растяжении и прочности при изгибе) стеклотекстолита на полиэфирной смоле марки веронал-110 от температуры [76]. Из рисунка видно, что при отрицательных температурах прочность и модуль упругости стеклопластиков имеют наибольшие значения. По мере повышения температуры механические характеристики стеклопластиков ухудшаются, и при 100° С прочность при растяжении и изгибе составляет около 7—12 кгс/мм На основании этих исследовании автор [76] приходит к выводу, что использование стеклопластиков, полученных на основе полиэфирных смол обычного типа, в конструкциях, работающих при температурах выше 100° С, не оправдано. В то же время механические свойства стеклопластиков, изготовленных на основе фенольных и модифицированных фенольных смол, сравнительно мало изменяются от нагревания при 200° С даже в течение длительного времени, как это иллюстрирует рис. 155 [57]. [c.300]

    Хотя стеклопластики имеют сравнительно со сталью небольшую жесткость (величина модуля упругости стеклопластиков на порядок меньше, чем у сталей), но удельная жесткость стеклопластиков (модуль упругости, отнесенный к удельному весу), особенно стеклопластиков с ориентированной волокнистой структурой, не уступает по своей величине удельной жесткости высокопрочной стали, дюралюминия и титана. [c.360]

    Однако абсолютные значения модулей упругости стеклопластиков значительно ниже, чем у металлов. Поэтому в последнее время стремления конструкторов и архитекторов направлены на то, чтобы компенсировать недостаточную жесткость стеклопластиков путем выбора рациональных конструкций. [c.360]

    Вид армирующего материала существенно влияет на модуль упругости стеклопластика. Например, у стеклопластика, армированного однонаправленной стеклотканью, модуль упругости вдвое больше, чем у армированного стекломатом и составляет примерно 3-10 кг см . [c.152]

    Модули упругости стеклопластика слоистой структуры с текстурой вращения (при равномерном распределении слоев по направлениям в плоскости армирования Х2Х3) могут быть вычислены также на основе статистической модели слоистой среды [82] по формулам  [c.223]

    В ряде работ [20—22] отмечалось, что максимально достижимое содержание волокон для однонаправленного стеклопластика составляет 75% (об.). Между тем на примере стеклопластика однонаправленной структуры с диаметром волокна 9— 11 мкм было показано [23], что с увеличением содержания волокна упругопрочностные характеристики композита при растяжении непрерывно растут и какого-либо максимума, после которого прочность начала бы падать, не наблюдается (рис. 3.9). При этом было достигнуто содержание наполнителя, близкое к теоретическому пределу. В исследованном диапазоне прочность и модуль упругости стеклопластика при растяжении подчинялись закону смеси  [c.125]

    Модуль упругости стеклопластика в 15—20 раз ниже модуля упругости стали, поэтому, несмотря на более высокие значения термического коэффициента расширения стеклопластика по сравнению со сталью, трубопроводы из этого материала, как правилОг не требуют устройства специальных компенсаторов температурных деформаций. Напряжения, вызванные температурными деформациями, не превышают 5—10% от разрушающего напряжения в температурном интервале 270—370 К- Эти напряжения обычно явля-ются сжимающими, и необходимо правильно размещать неподвижные и направляющие опоры трубопровода, чтобы избежать выпучивания трубы. Направляющие опоры должны обеспечивать возможность свободного перемещения трубы в продольном направлении. [c.307]

    Если в качестве примера принять, что основание консоли находится на высоте Я=100 м, приведениый модуль упругости стеклопластика прив = 6-10 МПа, радиус ствола Н=1 м и толщина стенки кк=0,02 м, то предельная высота консоли /к 6 м. [c.323]

    Модуль упругости стеклопластиков в 8—42 раз ниже, чем у металлов. С точки зрения конструктора это и хорошо, и плохо. С одной стороны, благодаря низкому модулю упругости стеклопластика трубопроводы из этого материала могут не иметь компенсаторов температурных удлинений, а с другой стороны, при конструировании труб и резервуаров больших диаметров из стеклопластиков низкий модуль упругости ограничивает допустимое внешнее давление (вакуум), при котором можно эксплуатировать эти изделия. Правда, благодаря конструктивным мероприятиям, например установке ребер и колец жесткости или обмотке наружной поверхности пзде- [c.17]

    ЛИЯ металлической проволокой, можно исключить влияние низкого модуля упругости стеклопластика на работоспособность изделия в вакзгуме. [c.18]

    Пример 1. Рассмотрим газоход диаметром В, равным 1050 мм, транспортирующий 780 м /мин воздуха, насыщенного парами кислоты. Максимально возможный вакуум 17,5 см вод. ст. Ветровая нагрузка 100 кгс/см. Толщина стенки газохода (в соответствии с табл. 11.1) 4 = 6,2 мм. Модуль упругости стеклопластика = 56 ООО кгс/см. Расстояние между кольцами жесткости Ь — 3 м. Требуется определить Кзап и размеры колец жесткости в виде бандажей. Критическое внепшее давление Ркр ( кгс/см ) определяем по формуле [c.142]

    Пример 3. Рассмотрим газоход диаметром 200 мм, расположенный внутри помещения (ветровая нагрузка отсутствует). Толщина стенки 3 мм. Модуль упругости стеклопластика Е = 50 000 кгс/см. Расстояние между кольца1ш жесткости 3 м. Определить допустимый вакуум при коэффициенте запаса устойчивости /Сзап 5. [c.144]

    На рис. 156 ириводены кривые, иллюстрирующие ухудшение механических характеристик (прочности и модуля упругости при изгибе) стеклотекстолитов на основе различных полимерных связующих под влиянием высоких температур. При получении образцов в работе [78] применялись стеклоткань полотняного переплетения и фенольные, кремнийорганп-ческие, полиэфирные смолы. Из рисунка видно, что хотя значения прочности и модуля упругости стеклопластиков на основе кремнийорганиче-ской смолы сравнительно невелики, но их величина мало изменяется под [c.300]

    Попытки рассчитать прочность и модуль упругости стеклопластиков на основании известных свойств компонентов армированной системы предпринимались рядом авторов, нанример, Дж. Аутуотером [179], Ф. Биром [45], К. Рейнхартом [13] и другими [21]. [c.347]

Химическое оборудование в коррозийно-стойком исполнении (1970) — [

c.393

]