ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Предисловие редакторов восьмитомника из "Механика композиционных материалов Том 2 " Создание композиционных материалов стало объектом особого внимания только в последние пятнадцать лет, хотя идея применения двух или более исходных материалов в качестве компонентов, образующих композиционную среду, существует с тех пор, как люди стали иметь дело с материалами. С самого начала цель создания композитов состояла в том, чтобы достичь комбинации свойств, не присущей каждому из исходных материалов по отдельности. Таким образом, композит можно изготавливать из компонентов, которые сами по себе не удовлетворяют всем предъявляемым к материалу требованиям. Поскольку эти требования могут относиться к физическим, химическим, электрическим и магнитным свойствам, потребовался вклад исследователей разных специальностей. [c.9] В различных томах этого издания в качестве конкретных материалов упоминаются в основном искусственные или синтезированные композиты, однако понятие композиционного материала в щироком смысле, безусловно, включает и природные материалы, такие, например, как древесина. Результаты глав, посвященных аналитическим исследованиям, разумеется, могут быть применены в равной степени и к искусственным, и к природным композитам. [c.9] Хотя композиты используются в инженерной практике уже много лет, наука о них в том виде, в каком она сейчас существует, появилась лищь после того, как композиционные материалы стали работать в особо суровых условиях (например, в космосе). Усилиями ученых и инженеров в рамках осуществления правительственных исследовательских программ за короткое время созданы совершенно новые материалы, технология производства и аналитические методы расчета для обеспечения рынка, хотя и ограниченного, но зато с постоянно возрастающими требованиями. [c.9] По этим причинам редакторы и издательство Академик пресс подготовили данное издание, подробно излагающее основные аспекты теории и технологии композиционных материалов. Мы уверены, что представительный состав авторов и разно образие тематики издания гарантируют полное освещение данной области. [c.10] Мы надеемся, что это издание будет не только служит11 справочником или источником дополнительной литературы, но и позволит перебросить мост от развитой технологии композитов к их промышленному применению в качестве материалов общего и специального назначения. [c.10] Редакторы восьмитомника выражают свою признательность редакторам каждого тома и авторам статей, усердно и сплоченно трудившимся над выполнением своей задачи мы высоко ценим их взаимное сотрудничество и проявленный энтузиазм. Мы благодарны также сотрудникам издательства Академик пресс за постоянную помощь и ценные советы. [c.10] В заключение нам хотелось бы поблагодарить правление компании Р. R. Mallory Со. и руководство Иллинойсского технологического института, которые своей поддержкой и ободрением внесли решающий вклад в успешное завершение настоящей работы. [c.10] В настоящем томе можно выделить три части. В, первой части, по объему намного превосходящей остальные и содержащей главы 1—8, рассматривается деформационное поведение композитов. Темой второй части, охватывающей главу 9, является прочность композиционных материалов, Дополнительные сведения относительно прочности композитов можно найти в пятом томе (главы 3 и 10), Последняя часть, состоящая из главы 10 (к ней примыкает глава 9 восьмого тома), посвящена экспериментальным методам определения свойств композиционных материалов. [c.11] Глава 1 служит введением к тому. В ней рассматриваются основные понятия микромеханики, дается определение эффективных модулей и изучается влияние количества волокон в толще одного слоя на эффективные свойства слоистого композита. В главе 2 Н. Дж. Пагано выводит точные выражения для эффективных модулей слоистых материалов. Далее он обсуждает переход от точных результатов к теории слоистых пластин и явление пограничного слоя у свободных поверхностей. Глава 3 представляет собой обзор различных подходов к вычислению эффективных упругих модулей композиционных материалов. Вязкоупругое поведение композитов обсуждается в главе 4. Кроме того, эта глава служит введением в теорию вязкоупругости. [c.11] В главе 9, написанной Э. М. By, обсуждаются различные эмпирические теории прочности анизотропных сред и, в частности, композиционных материалов, а также приводятся условия, при которых применимы общеупотребительные критерии прочности. Кроме того, указывается методика, позволяющая выбрать эмпирический критерий прочности по минимальному количеству экспериментальных данных. Наконец, глава 10 содержит обзор результатов исследований композиционных материалов методами фотоупругости. [c.12] Рассматриваемый здесь подход к вычислению эффективных модулей композиционных материалов основан на понятии представительного элемента объема, т. е. такого элемента, в котором все усредненные по объему компоненты тензоров напряжений и деформаций равны соответствующим величинам, вычисленным для композита в целом. Из-за математических трудностей решение задачи в микромеханической постановке обычно доводится до конца только для сравнительно простых композитов, например для бесконечной упругой матрицы, армированной одинаковыми параллельными упругими волокнами, образующими двоякопериодическую систему. Исключением из этого общего правила является работа Сендецки [17], в которой решена задача о продольном сдвиге матрицы, армированной произвольно расположенными волокнами произвольного диаметра. Поскольку приведенное выше математическое определение эффективных модулей отличается от физического определения, основанного на экспериментально наблюдаемых усредненных по поверхности значениях компонент тензоров напряжений и деформаций, важно понимать, что между этими двумя определениями существует связь, устанавливаемая в результате микро-.адеханического исследования (см. разд. V). [c.15] Композиционные элементы конструкций обычно изготавливаются путем наслаивания с заданной ориентацией слоев. В макромехакике изучается механическое поведение таких слоистых композитов, причем их свойства задаются эффективными характеристиками слоев. Поскольку в технике слоистые композиты часто используются для изготовления тонкостенных конструкций, общепринятый метод их исследования основан на теории слоистых пластин или оболочек, в которой принимается гипотеза о линейном изменении перемещений в плоскости слоя по толщине (Эштон и Уитни [2]). [c.16] Перемещения в плоскости слоя слоистого композита. [c.17] СЛОИСТОГО тела. Эти определяющие уравнения играют такую же роль, какую играет обобщенный закон Гука для однородных упругих тел. Считая слои однородными, можно показать (см. гл. 2), что эта процедура является точной в том случае, когда силы н моменты, отнесенные к единице длины, а также внешние нагрузки, действующие на плоскостях 2 = /г/2, постоянны. Это условие аналогично требованию однородности макроскопических напряжений при определении точных эффективных модулей слоя. [c.18] Используя теории слоистых конструкций, можно формулировать содержательные краевые задачи, по решениям которых можно судить о жесткости и устойчивости слоистых композитов. Найдя в результате решения конкретной краевой задачи основные зависимые переменные Э1их теорий, т. е. результирующие силы и моменты, по принятой частной теории можно определить распределение макроскопических напряжений в слое. Вместо приближенных теорий слоистого тела можно попытаться применить точный анализ, как обсуждалось выше. В этом случае основными переменными являются макроскопические напряжения в слое и последний шаг оказывается излишним. В свою очередь, если известен подход (обсуждаемый в разд. VIII), позволяющий рассматривать неоднородные макроскопические напряженные состояния, то напряжения в каждом компоненте можно определить средствами микромеханики. Таким образом, микромеханика указывает связь между механическим поведением используемых в технике слоистых композитов, с одной стороны, и поведением их компонентов — с другой. [c.18] Чтобы установить соответствие между эффективными модулями, определяемыми краевыми условиями (1) и краевыми условиями (7), (8), представим себе следующее гипотетическое решение пусть граничные условия (7) и (8) выполняются для каждого типичного элемента, за исключением элементов, примыкающих к граням х = onst и хо = onst. Для этих последних элементов условия (7) справедливы всюду, кроме поверхностей, лежащих на самих гранях, где считается заданным условие (1). В этом решении каждый элемент деформируется в прямоугольник. [c.20] Вернуться к основной статье