тает на растяжение (он хрупок),
а при сжатии может выдерживать большие напряжения. Если сделать из
бетона фундамент, то все будет в порядке. Но строительные конструкции
часто несут изгибающие нагрузки; при этом внешние слои деталей
растягиваются. Если при изготовлении железобетона предварительно растянуть
стальные армирующие стержни, то после застывания и снятия внешней силы
бетон будет препятствовать упругому сжатию арматуры.
В результате в стальной части
композиции будут действовать растягивающие остаточные напряжения, а
в бетонной части — сжимающие. Эти
остаточные напряжения действуют совместно с напряжениями от рабочих
нагрузок при эксплуатации материала. Значит, теперь балка сможет выдержать
большую изгибающую нагрузку. Ее можно спокойно увеличивать до тех пор,
пока растягивающее напряжение во внешних слоях не превысит
остаточного сжимающего напряжения в бетоне. Стали же дополнительные
растягивающие напряжения не страшны.
Чаще при создании композиционных
материалов используется другой принцип. Обычно композиционные
материалы представляют собой мягкую пластичную матрицу, в
которой размещены волокна или слои прочного и, чаще всего, более
хрупкого материала. Эксперименты показывают, что прочность пучка
параллельных волокон обычно ниже средней прочности отдельного
волокна. Причина этого — в
неоднородности распределения напряжений в пучке. Небольшое
различие в длине волокон сразу вызовет
разлад в их совместной работе. Более короткие выйдут из строя первыми,
когда напряжение в более длинных будет еще довольно низким. Когда
придет черед длинных, часть волокон уже будет разорвана, значит, им нужно
будет принимать на себя большие напряжения. /
Если же поместить волокна в
пластичной матрице, то она будет играть роль посредника, равномерно
распределяя нагрузку между прочными волокнами. Здесь, конечно, важны
соотношения модулей и пределов упругости матрицы и волокон, прочность
их связи, объемная доля волокон в композиции.
Интересно в частности, что
прочность композиционного материала немонотонно изменяется с ростом
доли сечения, занятой прочными волокнами (рис. 107). Когда мы начинаем
вводить волокна в матрицу, то ее прочность
