Петр Викторович Михеев
Petr V. Mikheev
Александр Константинович Лебедев
Alexander K. Lebedev
Людмила Робертовна Борисова
Ludmila R. Borisova
Рассмотрена модель применения трехпараметрического распределения Вейбулла для описания прочности пучка параллельных волокон (комплексной нити) при растяжении. Актуальность вопроса связана с тем, что высокопрочные волокна производятся обычно в виде нитей, а не одиночных волокон. Для моделирования выбраны волокна с диаграммой деформирования, близкой к линейной: углеродные, стеклянные и арамидные (Кевлар-49). Результаты испытаний одиночных углеродных и стеклянных волокон получены F. Mesquita совместно с коллегами. Для моделирования пучка арамидных волокон использованы данные авторов, полученные при испытании одиночных волокон Кевлар-49. Использование двухпараметрического распределения Вейбулла – Гнеденко для прогнозирования прочности армированных пластиков предполагает возможность накопления обрывов с самого начала деформации, что в дальнейшем может привести к появлению в композите кластера обрывов волокон бесконечного размера при любой нагрузке, что противоречит наблюдениям. Показано, что трехпараметрическое распределение лучше описывает полученные результаты и не требует предположения о разрушении волокон при нулевом напряжении. Установлено, что процесс разрушения стеклянных волокон начинается практически от старта их нагружения и двухпараметрическое распределение Вейбулла – Гнеденко хорошо описывает распределение прочности данных волокон.
This article deals with the model for applying the 3-parameter Weibull distribution to describe the tensile strength of a bundle of parallel fibers (complex thread). This is important because high-strength fibers are usually produced in the form of strands rather than single fibers. For modelling the fiber bundle, fibers with a deformation diagram similar to linear were selected: carbon, glass and aramid (Kevlar-49). The test data of single carbon and glass fibers were obtained by F. Mesquita and colleagues, and the authors’ data obtained from tests of single Kevlar-49 fibers were used to model the aramid fiber bundle. The test data of single fibers of different types were divided into equal ranges of destructive stress and the number of fibers whose strength fell within a given range of values was calculated. The use of a 2-parameter Weibull distribution to predict the strength of reinforced plastics suggests the possibility of accumulation of breaks from the very beginning of deformation, which further leads to the prediction of the appearance of a cluster of fiber breaks of infinite size in the composite under any load, which contradicts observations. It is shown that the 3-parameter distribution better describes the results obtained, and does not require the assumption of fiber destruction at zero voltage. It was found that in the case of glass fibers, destruction begins almost from the start of loading, and the two-parameter Weibull distribution describes their destruction well.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.