Прочность композитов ударная

Очень важным вопросом исследования прочности композитов является их реакция на ударное нагружение. Вероятно, здесь наиболее существенна способность композита поглощать энергию удара. Большая часть работ в этом направлении выполнена на ударных установках с замером остаточной энергии после удара, что дает качественную оценку. Очень мало сделано для построения кривых напряжение — деформация в условиях удара и по исследованию механизма внутреннего разрушения. Однако в этом направлении достигнут определенный прогресс, результаты будут обсуждены позднее. [c.269]

Под ударными воздействиями подразумевается появление повреждений на поверхности композиционного материала под ударами посторонних объектов, вызывающее развитие локальных дефектов или значительное его расслоение. Это определение распространяется на баллистические разрушения, повреждения от воздействия песка, пыли и камней, а также от неправильного физического обращения с конструкциями. Ударная прочность композиционных материалов зависит от выбора армирующих элементов и матриц. Свойства матрицы можно варьировать введением пластификаторов, которые увеличивают ее деформацию до разрушения. Этот показатель зависит также от температуры. Матрицы из термопластов с увеличением температуры становятся все более мягкими вплоть до начала текучести. Реактопласты при нагревании тоже становятся менее хрупкими, причем при переходе через температуру стеклования их свойства резко меняются. Хрупкие армирующие материалы, такие как борное и углеродное волокна, имеют очень низкую предельную деформацию (<1 %), Их замена на менее хрупкое волокно, например стеклянное или высокопрочное органическое волокно, может привести к значительному увеличению ударной прочности материалов. Зависимость этого показателя от различных сочетаний компонентов композиционных материалов исследована многими авторами [8, 9 ]. Необходимо отметить, что при варьировании ударной прочности композитов добавлением наполнителей или более пластичных волокон особое внимание должно быть уделено изменению прочности и жесткости готового изделия. Как правило, с ростом ударной прочности жесткость снижается. [c.284]

Свойства бериллия также исследовались для определения возможностей его использования в качестве волокнистого армирующего материала для композитов с полимерной матрицей, если он сам имелся в достаточном количестве в форме пластичной проволоки. Высокий модуль (на 40% больше, чем у стали) и низкая плотность (на 30% меньше, чем у алюминия) сделали его привлекательным конструкционным материалом для авиации, и можно было надеяться, что пластичность проволок улучшит ударные свойства композита. В работе [62] опубликованы некоторые результаты по растяжению бериллиевой проволоки диаметром 0,005 дюйм. Она разрушалась вязко даже при комнатной температуре после удлинения примерно на 1—3%. Позднее [36] исследован более детально предел упругости проволоки и определено ее остаточное удлинение при различных уровнях нагружения. Кроме того, исследованы также свойства длительной прочности проволоки при комнатной температуре. Данные показывают уменьшение прочности с ростом продолжительности действия нагрузки, однако результаты имеют большой разброс. [c.278]

В работе [45] измерена остаточная прочность образцов стекло — полиэфирная смола, которые подвергались удару с различной мощностью при помощи стального шарика диаметром в 0,317 см. Скорости удара менялись в пределах до 300 м/с, а послеударная прочность определялась в испытаниях на растяжение и четырехточечный изгиб. Наблюдалась тенденция к уменьшению предела прочности при растяжении с увеличением скорости удара даже тогда, когда наблюдаемое повреждение поверхности образца было очень мало. Остаточная изгибная прочность зависела от предшествующего ударного нагружения гораздо сильнее, так как возникало расслаивание. Исследования, проведенные теми же авторами, показали, что алюминиевые композиты, содержащие 18% объема бора, при баллистическом ударе слабее, чем композиты стекло — полиэфирная смола. [c.329]

Какими способами можно повысить ударную прочность волоконного композита, работающего при температуре 100-200°С. [c.181]

Как повысить ударную прочность (вязкость) композита А Оз (матрица) - А1 (волокно) Обоснуйте ответ. [c.182]

Прочность и жесткость — основные механические характеристики композитов — зависят от содержания, типа и длины армирующих волокон, а также в некоторой степени и от свойств других компонентов композиции. Последние должны предотвращать перемещение волокон и защищать их от повреждения. Большое значение имеют количество и длина волокон. Волокно длиной более 6,4 мм практически не улучшает механические свойства СКП, а при длине свыше 12,7 мм возникают трудности со смещением и формованием. На рис. 15.1 приведена типичная кривая зависимости ударной вязкости от длины волокна. Аналогично изменяются и другие механические свойства. При литье композиций под давлением увеличение длины волокна может дать еще меньше преимуществ, вероятно потому, что более длинные волокна легче повреждаются при течении через центральный и распределительные литники. [c.119]

Армированные волокном пластмассы по воспламеняемости различаются в очень широком диапазоне от легко воспламеняемых до негорючих. Относительная воспламеняемость этих материалов существенно меняется при введении антипиренов, которые или снижают скорость горения, делая пластик самозатухающим, или придают ему негорючесть. Опубликована отличная обобщающая статья [6], в которой рассмотрены различные антипирены и их влияние на свойства пластмасс. В ней приведены также рекомендации по количеству антипиренов, которое необходимо вводить в материалы для существенного снижения их горючести. Все применяемые в слоистых пластиках армирующие материалы, кроме органических волокон, обладают внутренне присущей им огнестойкостью. В зависимости от типа матрицы, в которой находится армирующий материал, волокно может положительно или отрицательно влиять на воспламеняемость композиционного пластика. Если капли расплавленной матрицы своевременно удаляются от основного источника воспламенения, то в некоторых случаях пламя может погаснуть. Присутствие армирующего материала может изменить этот процесс, удерживая основание пламени на месте и тем самым способствуя его распространению. Армирующий материал может действовать также и как преграда продвижению пламени, значительно снижая способность матрицы к загоранию. В принципе, можно ожидать, что добавление антипиренов снизит некоторые важные свойства композитов, такие как прочность и жесткость. В зависимости от того, является ли добавка пластификатором или нет, ударная прочность материала может улучшиться или ухудшиться. [c.283]

Большинство материалов имеют относительно плохую устойчивость к дождевой эрозии при контакте самолета во время полета с дождем, снегом или льдом. Скорость, угол удара, частота и масса капель определяют скорость эрозии любого композита. Увеличение прочности и стойкости к ударным нагрузкам слоистого пластика достигается изменением его состава, но в большинстве случаев его покрывают стойким к дождевой эрозии защитным слоем, способным рассеивать часто повторяемые и дискретные дозы энергии, не вызывая заметного повреждения субстрата. Сказанное в основном касается конструкций летательных аппаратов, таких как обтекатели радиолокационной антенны, подвергающиеся воздействию факторов полета с высокими скоростями, или передние кромки быстро вращающихся лопастей, например на вертолете. Для определения относительной стойкости различных покрытий [19] могут быть проведены их эмпирические исследования на испытательном оборудовании с органами управления. Система может быть также смоделирована математически, а затем проверена эмпирическими испытаниями [20]. Много информации можно почерпнуть также из литературы, где показано влияние варьирования компонентов, входящих в композиционный материал [211. [c.293]

Современные композиты обладают широким спектром физи-ко-механических свойств, которые можно целенаправленно изменять, например повышать ударную вязкость, регулировать жесткость, прочность и друг ие свойства. Эти возможности расширяются при применении в композитах волокон различной природы и геометрии, т. е. при создании гибридных композитов, при исполь- [c.116]

Контроль за разрушением адгезионного соединения на поверхности раздела в композитах может быть необходим для изделий специального назначения, которые должны обладать высокой вязкостью разрушения или для которых напряжения в волокнах являются в основном растягивающими. Ткань из Е-стекла, обработанная шлихтующим составом, использовалась для изготовления брони с высокой ударной прочностью [2]. При изготовлении сферических баллонов высокого давления для сжатого воздуха, устанавливаемых на самолетах, применялась в основном стеклянная ровница, обработанная замасливателем, который ухудшал прочность связи стекловолокна со смолой [17]. Для большинства применяемых композитов требуется сочетание хорошей адгезионной прочности и ударной вязкости. Силановые аппреты в значительной степени способствуют такому сочетанию свойств. [c.36]

И наконец, еще один метод, который использовался при изучении ударной прочности композитов,— это испытание падающим грузом [57] или оборудованным измерительной аппаратурой маятниковым копром Эйвери — Изода [21]. В последних двух методиках напряжения и деформации в образце в течение удара непрерывно регистрируются. [c.322]

Как щтем армирования можно повысить ударную прочность композита Обосн> йте ответ. [c.182]

Простейшие слоистые материалы состоят из связанных гомогенных изотропных пластин. При изготовлении этих материалов слабые плоскости можно располагать благоприятным образом — так, чтобы обеспечить высокую вязкость разрушения композита. Рассмотрим идеализированный слоистый материал, изображенный на рис. 25. Поле напряжений перед трещиной задается уравнением (2). На небольшом расстоянии перед вершиной трещины развиваются поперечные растягивающие напряжения 0 . Они, в сочетании со сдвиговыми напряжениями Хху (возникающими при любых зиачениях угла 0, кроме 0=0°), могут вызвать межслоевое разрушение. Маккартни и др. [24] изучали сопротивление развитию трещины слоистого материала из высокопрочной стали (203 кГ/мм ) для случаев низкой, средней и высокой прочности связи. Связь низкой прочности (3,5—7,0 кГ/мм ) обеспечивали с помощью эпоксидных смол, а также оловянного и свинцово-оловянного припоя, связь средней прочности (38—60 кГ/мм )—с помощью серебряного припоя, а высокопрочную связь (140 кГ/мм ) — путем диффузионной сварки слоев. Во всех случаях при испытании на ударную вязкость по Шарпи образцы разрушались лишь до первой плоскости соединения слоев. Остальная часть образца сильно деформировалась и расслаивалась по той же поверхности раздела, но не разрушалась. Сходные результаты получил и Эмбе-ри с сотр. [9]. Если прочность связи уступает прочности листов, то происходит торможение трещины. Ляйхтер [23], однако, установил, что охрупчивающая фаза, возникающая при использовании некоторых твердых припоев, может существенно снизить вязкость разрушения. [c.296]

В присутствии циклоалифатического эпоксидного Р-силана способность гидратированной окиси алюминия к упрочнению эпоксидных композитов резко возрастает [40]. Применение смеси смол ЕККА-4090 и ЕЕЬ-4221, взятых в соотношении 50/50, и гидратированной окиси алюминия, обработанной одной частью Е-силана, позволяет увеличить прочность при растяжении материала более чем на 50%, а относительное удлинение—более чем на 100%. Ударная вязкость, измеренная как площадь под кривой нагрузка— относительная деформация, повышается более чем на 300%. Установлено, что силан способствует улучшению эрозионной стойкости композита с сохранением его дугостойкости (табл. 12). В других исследованиях показано, что и алифатический эпоксидный О-силан эффективен в электроизоляционных композитах. [c.155]

Ударная прочность (а не энергия) волокнистых композитов измерялась в работе [57] для однонаправленного стеклопластика (Е-стекло) при испытании на вертикальном копре [53]. Напряжение и деформация регистрировались на осциллографе при помощи датчиков деформаций, наклеенных соответственно на динамометрическую часть и образец. Прочность армированного стеклом композита при ударном нагружении гораздо выше статической. Зарегистрировано, что значение разрушающего напряжения при [c.323]

Рис. 6.2. Влияние содержания стекловолокна в композите на отношение ударной вязкости к пределу прочности при статическом нагружении. 1 — значения, экстраполированные Ротемом и др. [5.31] для композита стекловолокно — эпоксидная смола (2), для пучка стекловолокна (3) 4 — данные, полученные Мак-Аби [5.29] для композита, состоящего из эпоксидной смолы и стеклоткани 181 эксперимент ф пластмасса, армированная стекловолокном в одном направлении, О пластмасса, армированная стеклотканью, Д пластмасса, армированная стекломатом, полиэфирная смола.

Описание механических свойств композитных материалов, которые могут обладать весьма высокой прочностью (особенно статической и ударной), можно производить двумя путями. В первом случае композитные материалы рассматриваются как квазиодно-родные (гомогенные), обладающие в случае объемного дисперсного армирования изотропией деформационных и прочностных свойств, а в случае армирования волокнами, плоскими сетками или тканями — определенного типа анизотропией. Обычно применяют модели ортотропного или трансверсально-изотропного тела. При таком подходе речь идет о механических характеристиках, осред-ненных в достаточно больших объемах, содержащих много однотипных армирующих элементов. Другой, несравненно более сложный, но и более информативный путь состоит в раздельном рассмотрении механических свойств каждой фазы с последующим теоретическим прогнозированием свойств всего композита в целом. При этом приходится рассматривать фактически еще одну дополнительную фазу зоны сопряжения основных фаз, например, матрицы с армирующими волокнами. Механизм повреждений, развивающихся на границах фаз, обычно весьма сложен и определяется помимо свойств основных компонентов гетерогенной системы еще рядом дополнительных факторов, таких как адгезия фаз, технологические и температурные местные напряжения, обычно возникающие вблизи границ, наличие дефектов и др. Границы фаз как зоны концентраций напряжений играют особенно важную роль в развитии много- и малоцикловых усталостных повреждений композитов. [c.37]

Применение углеродных, стеклянных, арамидных и борных волокон, содержащихся в материале в количестве 50-70%, позволило создать композиции (табл. 1.1) с удельной прочностью и удельным модулем упругости в 2-5 раз большими, чем у обычных конструкционных материалов и сплавов Кроме того, волокнистые композиты превосходят металлы и сплавы по усталостной прочности, термостойкости, вибро-устойчивости, пп-мопоглощению, ударной вязкости и др тим свойствам. [c.14]

Псевдосплавы с объемной долей вольфрама до 50% получают преимущественно путем спекания смеси компонентов в твердой или жидкой фазе, а при высокой объемной доле вольфрама (>50%) - путем пропитки. Спекание производят в диапазоне температур 1273-1627К в вакууме или атмосфере водорода. Спеченные заготовки подвергают прокатке, экструзии, волочению, штамповке. Свойства псевдосплавов можно варьировать в широких пределах, изменяя состав композита. С увеличением содержания вольфрама прочностные характеристики псевдосплавов (твердость, предел текучести, предел прочности при растяжении, изгибе и сжатии) возрастают, а показатель njTa TH4H0 rn (относительное удлинение, ударная вязкость) ухудшаются. Повьш1аются удельное электросопротивление, износостойкость, электроэрозионная стойкость и переходное сопротивление. [c.126]

Недостатки термореактивных связующих хрупкость, низкие вязкость разрушения и ударная прочность (усугубляются для высокотеплостойких матриц) невозможность вторичной переработки длите тьное время отверждения из-за необходимости проведения экзотермической хи ш-ческой реакции в мягком режиме ограниченное время жизни препрега (по-лу фабрикат полимерного композита) значительная химическая усадка. [c.136]

Поскольку механические характеристики композиционных материалов являются аддитивными, то протекание превращения в связке, сопровождающееся понижением модуля ее упругости, неизбежно приводит к снижению жесткости композита. Обычно увеличения жесткости добиваются добавлением твердого наполнителя, однако при этом снижается предел прочности. Последнего не наблюдается в случае сплавов Ti — NiTi, так как повышенная демпфирующая способность связи приводит к сдвигу максимума прочностных свойств в сторону большего содержания твердой фазы [26]. Таким образом, за счет контролируемого снижения жесткости при использовании структурно-неустойчивой связки можно существенно повысить вязкость твердого сплава при сохранении прочности и твердости. Испьггания показали, что разработанный сплав может успешно работать в условиях интенсивного износа и высоких ударных нагрузок. [c.204]

В композитахс металлическойматри-цей сочетаются достоинства конструкционных металлических материалов с достоинствами композитов вообгце. Для них характерны высокие значения прочностных характеристик, модулей упругости, вязкости разрушения, ударной вязкости эти материалы сохраняют стабильность своих характеристик в более широких температурных интервалах, чем материалы с полимерными матрицами они обладают также высокой тепло- и электропроводностью, малой чувствительностью к тепловым ударам и поверхностным дефектам. Им свойственны воспроизводимость характеристик, обусловленная этим же качеством конструкционных металлических материалов, в сочетании с высокой технологичностью, а также высокие значения временного сопротивления при растяжении в направлении, нормальном к оси волокон (02), прочности при сдвиге Т12). Последние из перечисленных достоинств позволяют в большинстве случаев применять наиболее простую одноосную схему армирования гораздо менее распространены схемы послойно-перекрестного (ортогонального или более сложного характера плоского армирования) расположения волокон. [c.82]

Первым удачным примером трехмерного композита можно назвать Славутич - спёк искусственного алмаза с твердым сплавом, имеющий высокую износостойкость и повышенную прочность. Режущий материал ВОК-85С, состоящий из 2 - 3 слоев керамики и твердосплавной основы (аи=800-1000 МПа, 94 - 95 НКСэ) сочетает в себе высокую ударную вязкость и прочность с высокой износостойкостью и теплопроводностью. Рекомендуется применять при прерывистой обработке стали и чугуна, а также при резьбопарезапии и точении канавок. Слоистые композиты па основе алмаза представляют собой двухслойные режущие элементы различных форм и размеров с рабочим слоем из спеченных зерен синтетических алмазов толщиной 0,5 - 0,8 мм на подложке из твердого сплава. [c.168]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...