Конструкции из композиционных материалов

Оценка любой конструкции зависит от предъявляемых к ней требований. Формулировке цели проектирования обычно предшествует ряд предварительных решений. Однако, как только цель проектирования определена, само проектирование превращается в итерационный процесс, использующий различные расчетные методы. К настоящему времени эти методы разработаны достаточно полно ш могут успешно применяться при проектировании конструкций из композиционных материалов. [c.9]

В этих двух томах рассмотрены одиннадцать основных вопросов 1) основы теории упругости анизотропного тела 2) критерии разрушения и анализ разрушения элементов из композиционных материалов 3) расчет ферм, балок, рам и тонкостенных элементов 4) расчет пластин 5) расчет оболочек 6) распространение волн и удар 7) анализ конструкций из композиционных материа-лов методом конечных элементов 8) вероятностный расчет и на-дежность 9) экспериментальные характеристики композиционных материалов 10) анализ напряжений в окрестностях концентраторов напряжений, кромок и узлов соединений 11) проектирование элементов конструкций из композиционных материалов. [c.9]

В главе 7 изложены основы метода конечных элементов и проиллюстрировано его использование при расчете конструкций из композиционных материалов. Метод рассмотрен в общих чертах. Изложение метода разделено на две части анализ элемента и анализ идеализированной конструкции, представленной в виде набора этих элементов. Методы анализа конструкций не зависят от материала анизотропия должна учитываться лишь при описании характеристик элемента. Вероятностные методы и оценка надежности широко применяются в расчетах различных конструкций, и в особенности элементов из композиционных материалов. [c.11]

Критерии прочности и анализ разрушения конструкций из композиционных материалов [c.62]

Существующая практика разработки концепций прочностного расчета конструкций из композиционных материалов, как правило, основывается на эмпирических предпосылках, анализе предшествующего опыта и результатах экспериментальных отработок. Проблема проектирования конструкций на основе данных о прочностных свойствах материала Обусловливается критерием разрушения конструкции, который, в свою очередь, определяется требованиями заказчика, а также характером нагружения, температурой и другими условиями работы материала. Все эти факторы должны быть учтены при разработке концепций расчета на прочность. Разработка еще более усложняется, если учесть, что на выбор критерия разрушения часто оказывают влияние ограничения, свойственные используемым расчетным методам. [c.77]

В разделе II,В дан анализ двух основных концепций расчета на прочность конструкций из композиционных материалов — по предельным и максимально допустимым расчетным нагрузкам. В настояш,ем разделе дано приложение этих подходов к анализу прочности слоистых материалов. [c.86]

Рис. 17. Цикл определения напряженного состояния и прочности конструкций из композиционных материалов в процессе проектирования

A. Ферменные конструкции из композиционных материалов [c.108]

Наконец, следует иметь в виду что расчет и проектирование конструкций из композиционных материалов представляет собой взаимообусловленный итерационный процесс, который не исчерпывается только расчетом или только проектированием. Учет взаимного распределения нагрузок, геометрии элементов, особенностей поведения рассматриваемой конструкции требует комплексного подхода к решению задач расчета и проектирования. Именно такой подход рассмотрен в следующих разделах. [c.109]

Рис. 13. Соединения в ферменных конструкциях из композиционных материалов [c.131]

Как показано на рис. 21, типовая трехслойная балка состоит из тонких наружных несущих слоев и заполнителя из относительно легкого материала. В трехслойных конструкциях из композиционных материалов несущие слои обычно состоят из совокупности армированных в различных направлениях элементарных слоев, а в качестве заполнителя применяют соты. Такие конструкции обладают высокой изгибной жесткостью при малой плотности и находят широкое применение. [c.142]

Традиционно для металлических конструкций в космической технике принимают следуюш ие коэффициенты запаса (отношение предела прочности к допускаемому напряжению) для космических кораблей без экипажа 1,25, для ракет 1,40, для кораблей с экипажем 1,50. Понятие допустимого напряжения для конструкций из композиционных материалов в космической технике пока не стандартизировано. [c.99]

Был проведен ряд проработок возможных путей использования композиций в других носителях. Хотя эти конкретные проработки могут не найти применения, они показывают преимущества конструкций из композиционных материалов, армированных волокнами, в типичных ракетах. [c.124]

Выбор конструкции определялся необходимостью обеспечения высоких летных качеств. Конструкция из композиционных материалов должна была удовлетворять всем конструктивным и функциональным требованиям, предъявляемым к основной конструкции крыла. Внутренняя секция крыла является одновременно неразборным топливным баком, требуюш,им принятия мер по герметизации. В верхней и нижней обшивках по мере надобности предусматривались технологические отверстия. Для летных испытаний передняя и задние кромки и законцовки крыла были выполнены из металла. [c.153]

Одним из первых исследований, предпринятых ВВС по созданию конструкций из композиционных материалов, была разработка горизонтального стабилизатора истребителя. Этот агрегат был выбран благодаря относительной простоте сотовой конструкции и высокому ожидаемому эффекту. На первой стадии этой работы испытывался узел, представляющий собой коробчатую конструкцию размером 60% натуральной (рис. 16). Обшивки [c.154]

По сравнению с алюминиевым аналогом были достигнуты следующие показатели экономии массы для конструкции в целом 138,2 кг (21,5%), для обшивок 125,6 кг (65%). С учетом ряда обстоятельств (отсутствие опыта в проектировании и изготовлении конструкций из композиционных материалов, использование разработанных для металлов конструктивных решений и др.) полученные результаты можно считать замечательными. [c.156]

В настоящей главе основное внимание уделено конструкциям из композиционных материалов, применяющихся в мало- и многоместных пассажирских транспортных средствах. Кроме того, кратко обсуждены конструкции различных видов товарных вагонов, в которых используются композиционные материалы. [c.173]

Особенно сильно на преждевременный выход изделия из строя влияют ошибки, допущенные при проектировании различных деталей, изделий и конструкций из композиционных материалов. Данные ошибки обнаруживаются в основном во время эксплуатации изделия. Основные ошибки проектирования обусловлены плохим знанием свойств и поведения композиционных материалов под воздействием нагрузки, температуры, влаги и других факторов. [c.18]

В ИМАШ АН СССР разработаны новые феноменологические механические модели разрушения композитов данного класса и на этой основе определяются пути повышения надежности машин при одновременном снижении их металлоемкости проводится оптимизации конструкций из композиционных материалов применительно к автомобилестроению, сельхозтехнике, машиностроению для животноводства и робототехнике (рис. 4). [c.16]

Моделирование конструкций из композиционных материалов 37 Г Деформированное состояние пластинки показано на рис. 9.8. [c.371]

Для многих частных видов структуры пакета слоев многослойного материала формулы (1.67) заметно упрощаются. Рассмотрим три вида структур, часто используемых при создании конструкций из композиционных материалов. [c.25]

Иллюстрация рассмотренного итерационного процесса для одномерного случая приведена на рис. 3.11, а. Если на каждом шаге приближения не проводить корректировку матрицы IG ] (значит оставлять прежней матрицу жесткости конструкции), а лишь уточнять невязки )с т. то итерационный процесс будет соответствовать модифицированному методу Ньютона (рис. 3.11, б). На практике для решения нелинейных задач деформирования многослойных конструкций из композиционных материалов часто применяют пошаговое нагружение. В пределах шага по нагрузке уточнение выполняют модифицированным методом Ньютона. Матрица касательных модулей корректируется при изменении нагрузки. [c.108]

Глава 2 содержит анализ современного состбяния критериев и методов оценки прочности элементов конструкций из композиционных материалов. Рассмо греиы два общих аспекта этой важной проблемы. Первый включает общую характеристику композиционных материалов. Второй предусматривает анализ критериев прочности для однонаправленного слоя, исследование прочности слоистых материалов и обсуждение вопросов, нуждающихся в дальнейшей разработке. [c.10]

Так же, как и в общем случае расчета конструкций из композиционных материалов, анализ перечисленных вьГше элементов включает некоторые основные положения. Необходимо прежде всего учитывать анизотропию материала, а также определить тот уровень, до которого должны быть описаны свойства конкретной рассматриваемой системы. Важно использовать только те термоупругие свойства, которые позволяют наилучшим способом описать композиционный материал и основаны на большом количестве экспериментальных данных [10, 71]. В атом смысле необходимо обращать особре внимание на построение математической модели конструкции. Удачная расчетная модель создает возможности для наиболее точного предсказания поведения конструкции из композиционного материала. [c.109]

Другими словами, оптимальное решение лежит на границе всех ограничений. На рис. 12 показаны графики для типовых структур с углами армирования + 0 и О—90°. На рисунке точки соответствуют металлическим элементам. Масса узлов соединений не учитывается. Из рисунка следует, что оптимальным материалом является высокомодульный углепластик с соотношением слоев 90% под углом 0° и 10% под углом 90°. Такой материал имеет осевой модуль упругости, равный 25 300 кгс/мм, и позволяет снизить массу элемента более чем в 2 раза по сравнению с алюминием. При уменьшении длины стержня роль осевого модуля снижается, соответственно возрастает влияние предела прочности при сжатии, и более эффективным оказывается боропластик, имеюхций очень высокий предел прочности при сжатии. Это обстоятельство является важной отличительной чертой процесса проектирования элементов ферменных конструкций из композиционных материалов. В результате анализа геометрических параметров и нагрузок выбирают тип и структуру композиционного материала, оптимального для заданных условий эксплуатации. В табл. 3 для сравнения приведена масса двух стержней различной длины и из различных материалов. Изменение длины стержня полностью меняет порядок расположения материалов по степени эффективности. [c.129]

В теории механических колебаний балок из композиционных материалов, а также других конструкций можно выделить два основных направления (они обсуждаются в работах [34, 1 ]) метод эффективных модулей и метод эффективных жесткостей. Согласно первому методу композиционный материал в задачах динамики рассматривается как однородный и ортотроппый (свойства такого условного материала соответствуют исходному материалу), а согласно второму — по упругим постоянным волокон и связующего и геометрическим параметрам находят эффективные жесткости . Эти методы приводят к различным уравнениям движения. и граничным условиям. Значение метода эффективных жесткостей заключается в возможности описывать волновую дисперсию, кроме того, он более эффективен в задачах о распространении волн. Проблема распространения волн в композиционных материалах здесь не обсуждается. Отметим только, что она рассмотрена в работах [40, 6, 16, 82]. В задачах динамики конструкций из композиционных материалов метод эффективных жесткостей получил более широкое распространение. Для балок из слоистых композиционных материалов наиболее эффективна разновидность метода, которая изложена в работе [77] и описана ниже.. [c.138]

Важность исследования импульсных напряжений в конструкциях из композиционных материалов может быть проиллюстрирована на примере лопатки компрессора реактивного двигателя [61]. Лопатки рассчитывают с учетом восприятия центробежных и вибрационных нагрузок. Кроме того они должны быть рассчитаны на случай соударения с посторонними объектами, такими как птицы, град, камни, гайки и болты. Скорость соударяющегося тела относительно лопатки может составлять около 450 м/с. Импульсное воздействие малого тела продолжается очень недолго (<С50 мкс) и вызывает в начальный момент сосредоточение энергии удара в малой области лопатки. При этом удар может вызвать не только образование местного кратера или трещины, но и сопровождается повреждениями вдали от места контакта, вызываемыми отражением волн напряжений от границ и эффектом фокусировки из-за изменения геометрии лопатки. Обеспечение прочности лопатки при соударении с внешними объектами требует специальных конструктивных решений, таких как введение в материал высокопрочной сетки и установка на ведущую кромку противоударного протектора. [c.265]

Когда сила и время контакта при ударном воздействии зависят от характера движения конструкции, описанную выше процедуру разделения задачи нельзя использовать. Связанная задача об ударном взаимодействии изотропной пластины и сферического тела рассматривалась Эрингеном [55] и другими авторами [62]. Решение для конструкций из композиционных материалов в принципе осуществляется аналогично. Введем две координатные системы и направим оси и по внутренним нормалям к поверхностям взаимодействующих тел (рис. 26). В этих координатах обозначим смещения поверхностей тел через 0)3 и Юз, а через 1Ез [c.320]

Распределение слоев. Наиболее эффективны композиционные конструкции с однонаправленными нагрузками, что позволяет максимально использовать свойства волокон, поэтому конструктор зачастую привязывает композиционную конструкцию к осям, вдоль которых направлены усилия. Например, конструкция из композиционных материалов типа фермы, нагруженной усилиями, действующими вдоль стержней, может оказаться более эффективной, чем оболочка, обычно применяемая в конструкциях из металла. Впрочем иногда бывает невозможно выделить геометрически простые направления действия нагрузок, и слоистые материалы прих чится армировать в нескольких направлениях. [c.97]

Изготовление деталей, элементов и узлов конструкций из композиционных материалов наиболее целесообразно непосредственно из полуфабрикатов монослойной боралюминиевой ленты, углеродной ленты, формированием в процессе получения материала. Изготовление же деталей и элементов конструкций из собственно композиционного материала в виде листов, прутков, слитков и т. д. весьма затруднительно и не всегда позволяет эффективно реализовать основные преимущества его по сравнению с обычно используемыми для этих целей материалами. [c.190]

В ИМАЫ АН СССР разработаны универсальные алгоритмы и программы оптимизации элементов конструкций из многослойных разно-ориентированных волокнистых композитов, поскольку технологическая возможность изменения числа слоев и их ориентации позволяет оптимально проектировать макростроение материала для заданных условий нагружения и функционального назначения элемента конструкции. Использование разработанных универсальных программ для ЭВМ при оптимизации по массе высоконагруженных элементов конструкций из композиционных материалов приводит к снижению их массы на 20—3(У% по сравнению с металлическим вариантом конструкции. [c.18]

Содержит методы н примеры расчета силовых влемеитов конструкций из композиционных материалов, задачи статики и устойчивости многослойных анизотропных пластин и оболочек, способы решения динамических задач, некоторые данные механических испытаний волокнистых композиционных материалов и типовых элементов конструкций. [c.4]

В настоящей книге предпринята попытка изложить, минимум сведений, необходимых для выполнения всех основных этапов прочностного расчета оболочечных конструкций из композиционного материала. В двух первых главах приведены зависимости для описания упругих свойств анизотропных тел и упругих характеристик однонаправленных и многослойных композиционных материалов. Кроме того, с помощью одной из наиболее простых структурнофеноменологических моделей дано наглядное представление о специфике деформирования волокнистого композиционного материала с полимерной матрицей. Основное внимание в книге уделено изложению вариационно-матричного метода расчета сложных оболочечных конструкций применительно к многослойным конструкциям из композиционных материалов. В приложениях даны некоторые специальные подпрограммы для ЭВМ. [c.5]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...