Влияние канальных трещин на разрушение волокон в однокомпонентном материале с однонаправленной волокнистой структурой

Abstract

В материалах, получаемых прессованием пучка волокон при их пластическом деформировании, образуются поровые каналы с сечениями в виде гипоциклоид, размеры которых зависят от режима прессования. При разрушении эти каналы эквивалентны канальным трещинам (КТ). Проведен трехмерный анализ распространения области упругого и неупругого сдвига на границе треснутого волокна в пучке неповрежденных волокон при их растяжении. Укладка волокон в пучке гексагональная. Сечения волокон представляют собой правильные шестиугольники. Исследовано влияние размера КТ на коэффициент интенсивности напряжений (КИН), раскрытие трещины в волокне, поглощение энергии (ПЭ) при неупругом сдвиге на границе волокна и длину участка границы волокна, на которой действуют ненулевые касательные напряжения. Установлено, что ПЭ на границе треснутого волокна, КИН и раскрытие трещины в волокне и длина зоны ненулевых касательных напряжений на границе волокна определяются произведением когезионной прочности границы между волокнами и ширины контакта между ними.

У матеріалах, що отримуються пресуванням пучка волокон при їх пластичній деформації, утворюються порові канали з перетинами у вигляді гіпоциклоїд, розміри яких залежать від режиму пресування. При руйнуванні ці канали еквівалентні канальним тріщинам (КТ). Проведено тривимірний аналіз розвитку області пружного і непружного зсуву на межі волокна, що тріснуло в пучку непошкоджених волокон при їх розтягуванні. Укладання волокон в пучку гексагональне. Перетинами волокон є правильні шестикутники. Досліджено вплив розміру КТ на коефіцієнт інтенсивності напружень (КІН), розкриття тріщини у волокні, поглинання енергії (ПЕ) при непружному зсуві на межі волокна і довжину ділянки межи волокна, на якій діють ненульові напруження зсуву. Встановлено, що ПЕ на межі волокна, що тріснуло, КІН і розкриття тріщини у волокні і довжина зони ненульових напружень зсуву на межі волокна визначаються добутком когезійної міцності межи між волокнами і ширини контакту між ними.

Materials obtained by pressing a fiber bundle at plastic deformation possess pore channels with cross-sections in the form of hypocycloids the size of which depends on the pressing regime. These channels are equivalent to channel cracks (CC) at failure. A three-dimensional analysis of extension of the elastic and inelastic shear area at the interface of the cracked fiber in the bundle of undamaged fibers under tension is performed. The fiber stacking in the bundle is hexagonal. The fiber cross-sections are regular hexagons. The effect of CC size on the stress intensity factor (SIF), the crack opening displacement (COD) in the fiber, the energy dissipation (ED) at the inelastic shear at the fiber interface and the length of the interface with the non-zero shear stresses (LIS) are investigated. It is found that the ED at the interface of the cracked fiber, SIF and COD for the crack in the fiber and LIS are determined by the product of the interface cohesive strength and the contact width between fibers.