Композиционные материалы прочность

Книга соответствует традиционной программе машиностроительных вузов. Излагаются следующие разделы курса сопротивления материалов растяжение, кручение, изгиб, статически неопределимые системы, теория напряженного состояния, теория прочности, толстостенные трубы и тонкостенные оболочки, прочность при переменных напряжениях., расчеты при пластических деформациях, устойчивость и методы испытаний. Даются элементарные сведения пв композиционным материалам. [c.32]

Исследование характеристик конструкционной прочности композиционных материалов для оптимизации их состава и прочности объектов из композиционных материалов и установления критериев предельного состояния типовых изделий из композиционных материалов и разработки методов их расчетов. [c.663]

Применение конструкционных низколегированных сталей повышенной и высокой прочности, теплоустойчивых и жаропрочных хромомолибденованадиевых, нержавеющих хромоникелевых сталей, биметаллов и композиционных материалов для изготовления аппаратов актуализирует проблему механической неоднородности. Механическая неоднородность, заключающаяся в различии механических характеристик зон (шва Ш, зоны термического влияния ЗТВ и основного металла) сварного соединения, является, с одной стороны, следствием локализованных температурных полей при сварке структурно-неравновесных сталей, с другой - применения технологии сварки отличающимися по свойствам сварочных материалов с целью повышения технологической прочности. [c.93]

Такие тугоплавкие высокомодульные элементы и соединения в виде волокон, обладающие исключительно высокой, приближающейся к теоретической прочности, нашли применение в легких высокопрочных композиционных материалах для новых областей механики. [c.27]

Таблица 3.39. Прочность порошковых алюминиевых сплавов и композиционных материалов на алюминиевой и магниевой матрице при высоких температурах [5,14,24]

Таблица 3.42. Прочность при высоких температурах сплавов на основе тугоплавких металлов, керамики и композиционных материалов на никелевой матрице [3,14,24

Рис. 3.20. Пределы длительной прочности композиционных материалов па полимерной матрице [13] при растяжении --) и изгибе (---)

Отдельно взятый кристалл металла анизотропен. Но если в объеме содержится весьма большое количество хаотически расположенных кристалликов, то материал в целом можно рассматривать как изотропный. Поэтому обычно предполагают, что металлы в той мере, в какой с ними приходится иметь дело в инженерной практике, изотропны. Встречаются и анизотропные материалы. Анизотропна, например, бумага полоски, вырезанные из листа бумаги в двух взаимно перпендикулярных направления, обладают различной прочностью. Существует анизотропия тел, связанная с их конструктивными особенностями. Так, анизотропна фанера, анизотропны ткани. В настоящее время широкое распространение получили композиционные материалы. [c.13]

В настоящее время широкое распространение получило создание искусственных структур — композиционных материалов, которые сами являются предметом конструирования, как и та деталь, которая из них образуется. Композиционный материал формируется по особой технологии укладкой высокопрочных нитей в связующее таким образом, чтобы деталь обладала наиболее высокими показателями прочности при малом весе. Создается материал не вообще, а под заданную деталь и под заданный вид служебных нагрузок. [c.13]

Материалы на основе полиамидов. Широкое применение в различных узлах трения находят антифрикционные композиционные материалы на основе полиамидов. Полиамиды благодаря наличию в основной полимерной цепи амидных фупп - NH- O- и, как следствие этого, сильных межмолекулярных связей отличаются от большинства промышленных полимеров высокими механическими свойствами, жесткостью, твердостью и стойкостью к ударным нагрузкам, повышенной усталостной прочностью и радиационной стойкостью. [c.30]

Композиционные материалы представляют сочетание металлической основы (матрицы) и упрочняющего наполнителя — высокопрочных волокон (бора, вольфрама, молибдена и др.), пропитанных расплавленными металлами (кобальтом, алю.минием и т. д.). Варьируя компоненты и их объемное сочетание, получают материалы с высокими механическими характеристиками, жаропрочностью и другими свойствами. Композиционные армированные материалы по прочности и износостойкости значительно превосходят стали и высококачественные сплавы. [c.40]

Создание межслойных связей. Радикальное увеличение сопротивления межслойному сдвигу и поперечному отрыву связано с созданием межслойных связей. Технологически это осуществляется разными путями. В ра- ботах [90, 91] показаны методы возможного увеличения прочности между слоями композиционных материалов. Исследование прошитых волокнами [c.9]

Материалы с переменной плотностью по толщине применяют в конструкциях, нагружаемых перпендикулярно плоскости армирования [38]. У композиционных материалов, изготовленных по схеме 1.2, ж, наружные слои обладают высокой прочностью и жесткостью на изгиб и кручение, а внутренние — достаточным сопротивлением межслойному сдвигу. При наличии волокон, искривленных только в направлении х, изменение угла наклона О приводит к улучшению одних характеристик материала и ухудшению других (рис. 1.3). Комбинированная укладка прямых и искривленных волокон в направлении х (см. рис. 1.2, д, е) позволяет регулировать характеристики материала за счет их объемного соотношения. [c.13]

На основе структурных схем, образованных системой двух нитей, создана и экспериментально проверена группа композиционных материалов толщиной от 1,5 до нескольких десятков миллиметров, используемых для создания силовых и теплозащитных конструкций. Жесткость при сдвиге и прочность этих материалов, как это будет показано в дальнейшем, существенно выше жесткости и прочности [c.13]

Испытание современных композиционных материалов на сжатие является не менее сложной задачей, чем испытание на растяжение, особенно при определении предела прочности. Испытание на сжатие имеет свою специфику и во многом отличается от испытания на растяжение. Сложность испытаний на сжатие обусловлена смятием торцов образца, продольным расслоением или разрушением его вне рабочей зоны [72]. Эти факторы являются следствием специфических свойств композиционных материалов. Одной из главных задач при испытании на сжатие является правильный выбор схемы нагружения образца внешними усилиями. [c.33]

Зависимость относительной прочности при сжатии композиционных материалов от схемы нагружения образца [26] [c.34]

Зависимость предела прочности (МПа) при сжатии композиционных материалов от формы образца [261 [c.37]

Применение третьей схемы нагружения, как и первых двух, не исключает влияния на показатели прочности формы образца (табл. 2.5). Образцы в виде полосок с накладками на концах (см. рис. 2.1) при нагружении по третьей схеме позволяют получать наиболее высокие значения прочностных характеристик на современных типах композиционных материалов (см. табл.2.5). [c.38]

При проведении испытаний на изгиб особое внимание следует уделять выбору отношений длины пролета к толщине образца. Для современных композиционных материалов отношение при определении предела прочности составляет приблизительно 25—45. [c.42]

Кручение пластинок с выемкой по торцовым поверхностям может осуществляться при поперечном сечении ее рабочей части, выполненной в форме круга, кольца и квадрата. Наиболее приемлемым с точки зрения характера распределения касательных напряжений является сечение в виде кольца. Но процесс его изготовления намного сложнее, чем изготовление квадратного сечения. Значительные трудности возникают при обработке боро-, органо-и углепластиков. Кроме того, в местах выемки и сверления по наружным поверхностям наблюдается повреждение структуры материала. Пределы прочности при сдвиге таких образцов для большинства исследованных композиционных материалов оказываются ниже, чем значения, полученные на образцах с рабочей частью в форме квадрата (табл. 2.10). Технология изготовления последних весьма проста, не требует специальных инструментов и приспособлений. Однако размеры поперечного сечения квадрата, как показывают исследования, оказывают заметное влияние на сдвиговую прочность. [c.47]

Этот подход уже обсуждался в разделе II,В- Для лопастей вентилятора критичесгсим свойством является жесткость, и они могут быть сконструкроваиы с применением композиционных материалов, прочность которых ниже велгпчипы, предсказываемой правилом смеси. [c.302]

Контроль тонкостенных оболочек из полимерных композиционных материалов, прочность которых существенно зависит от дефектов типа воздушных расслоений, слипнутых отслоений и т.д., эффективен с помощью комбинированного теплоголографического метода. [c.545]

В современной технологии композиционных материалов все большее место занимают волокнистые материалы, представляющие собой композицию из мягкой матрицы (оспоБы) и высокопрочных волокон, армирующих матрицу. Материалы, упрочиепиые волокнами, характеризуются высокой удельной прочностью, а также могут иметь малую теплопроводность, высокую химическую и термическую стойкость и т. п. Для получения композиционных материалов используют различные волокна проволоки из вольфрама, молибдена, волокна оксидов алюминия, бора, карбида кремния, графита и т. п. —в зависимости от требуемых свойств создаваемого материала. Вопросами исследования и создания волокнистых материалов занимается новая, быстроразвивающаяся отрасль поронжовой металлургии — металлургия волокна. [c.421]

Выбор металла открывает большие возможности снижеиня массы изделия. Наибольшая экономия металла может быть получена при использовании прочных и высокопрочных сталей, а также сплавов с высокой удельной прочностью (алюминиевых, титановых). Снижению массы изделия способствует применение более прочных холоднокатаных элементов вместо горячекатаных, а также использование термообработки. Однако повышение прочности металла нередко сопровождается ухудшением его свариваемости или снп-жение.м сопротивления разруше.иио. Поэтому экономия металла за счет повышения его прочности целесообразна только при учете всех этих факторов. Большие перспективы имеет применение композиционных материалов, например двухслойных сталей. [c.6]

Книга соответствует традиционной программе машиностроительных вузов. Излагаются следующие разделы курса сопротивления материалов растяжение, кручение, изгиб, статически неопределимые системы, теория напряженного состояния, теория прочности, толстостенные трубы и "онкостенные оболочки, прочность при переменных напряжениях, ргсчеты при пластических деформациях устойчивость и методы испытаний. По сравнению с предыдущими изданиями она сокращена за счет разделов, которые на лекциях обычно не читаются, и дополнена некоторыми элементарными сведениями по композиционным материалам, получающим в настоящее время повсеместное распространение и общее признание. [c.2]

Материалы на основе поликарбоната. Композиционные материалы на основе поликарбоната относятся к перспективным ПСМ для деталей узлов трения благодаря высоким механической прочности и ударной вязкости, стабильности свойств и размеров в широком интервале температур, стойкости к атмосферным воздействиям. Эти материалы устойчивы к ультрафиолетовому излучению и резким перепадам температур, но имеют ограниченную стойкость к действию ионизи-рую1цего излучения. [c.33]

Пластическая деформация при температуре ниже температуры рекристаллизации приводит к наклепу поверхностного слоя - его упрочнению, при котором кристаллы сильно деформируются и поворачиваются осями наиболыпей прочности вдоль направления деформации, т е. в направлении скольжения. В то же время у самой поверхности структура несколько ослаблена, микротвердость у поверхности также снижается, увеличиваясь по мере удаления от поверхности и достигая максимума на некоторой глубине. На рис. 4.4 приведены экспериментальные данные но изменению микротвердости, полученные при испытании алюминиевого сплава В95 в паре с композиционным материалом на основе политетрафторэтилена. [c.85]

Для оценки 1 лияния наполнителей на свойства материала определяли предел прочности при растяжении Ор, относительное удлинение и Kopo Ti. изнагпивания чистого ПТФЭ и композиционных материалов при сухом тренни но стальному контртелу при скорости скольжения [c.232]

Наличие арматуры с различными жесткостью и прочностью значительно расншряет диапазон свойств композиционных материалов с пространственной схемой армирования. Главные трудности — технологические, возникающие при создании сложных схем армирования, моделирующих структуру некоторых природных элементов, например, кристаллов, растений или биологических тканей [82, 112]. К настоящему времени накоплен значительный опыт создания и совершенствования технологии разных типов композиционных материалов с пространственными схемами армирования. [c.3]

Высокие жесткость и прочность армирующих волокон, составляющие основу прочности и жесткости композиционных материалов, реализуются лишь в случае их определенного расположения по отношению к действующему полю напряжений (действующей нагрузке). Вследствие большого разнообразия нагрузок применяются различные схемы укладки арматуры. Варьируя направлением укладки слоев, можно получить слоистые материалы с различной ориентацией армирующих волокон, обладающие в плоскости укладки изотропными и анизотропными свойствами. Именно в возможности придания материалу оптимальной для каждого частного случая анизотропии заключается главное преимущество волокнистых композиционных материалов [44]. В зависимости от ориентации армирующих волокон в плоскости укладки слоистые структуры можно подразделить на следующие основные группы однонаправленные, ортогонально-армированные с переменным углом укладки волокон по толщине, перекрестно-армированные и хаотически-армированные. [c.5]

Способы устранения отрицательных особенностей. Использование высоко-модульных, волокон. В целях увеличения жесткости композиционных. материалов ведутся интенсивные работы по созданию высокомодульных волокон. Наиболее распространенными в настоящее время высокомодульными волокнами, применяемыми в качестве арматуры для изготовления композиционных материалов, являются волокна бора, углерода, карбида кремния, бериллия, модуль упругости которых в 5 раз и более превышает модуль упругости стекловолокон [20, 33, 102]. Большой практический интерес вызывают также органические волокна типа PRD-49 Kevlar [113], удельная прочность и жесткость которых в 2—3 раза выше аналогичных характеристик стекловолокон [59, 113]. Появление волокон Kevlar вызвано стремлением создать легкие высокомодульные и высокопрочные волокна со стабильными свойствами при действии динамических нагрузок, резких изменений температуры и условий эксплуатации. [c.7]

Особенности структурных свойств композиционных материалов на основе углеродных и борных волокон с традиционными схемами армирования исследованы в работах [20, 25, 33, 59, 70]. Анализ и сопоставление полученных данных по угле- и боро-пластикам с аналогичными данными типичных стеклопластиков [39, 71] свидетельствуют о том, что использование высокомодульных волокон при традиционных схемах армирования способствует лишь резкому увеличению жесткости материала в направлениях армирования при этом заметного возрастания других упругих и прочностных характеристик не происходит. Главной отличительной особенностью высокомодульных композиционных материалов является большая по сравнению со стеклопластиками анизотропия упругих свойств [25]. Для углепластиков увеличение анизотропии упругих свойств обусловлено также анизотропией самих армирующих волокон. Существенных различий по прочностной анизотропии между стеклопластиками и высокомодульными материалами нет, но абсолютные значения межслойной сдвиговой прочности и прочности на отрыв в трансверсальном направлении однонаправленных и ортогонально-армированных углепластиков в 1,5—3 раза ниже аналогичных характеристик стеклопластиков. [c.7]

Наличие волокон с высокой жесткостью позволяет варьировать в самом широком диапазоне зависимость уд ль-ной прочности композиционных материалов от их удельной жесткости. Это обусловливает существенные преимущества композиционных материалов перед металлами, где удельная жесткость примерно постоянная при некотором изменении удельной прочности [15]. Управление удельной жесткостью и прочностью, а также другими физико-механическими характеристиками в плоскости армирования осуществляется нзд1енением укладки волокон или одноосных тканей различного плетения как в плоскости, так и по толщине пластины или изделия [2, 14]. При этом характеристики композиционных материалов перпендикулярно плоскости армирования практически не изменяются [25]. Варьирование укладки волокон приводит не только к изменению степени анизотропии свойств, при незначительном изменении сопротивления межслойному сдвигу и поперечному отрыву [20, 69]. Наличие переменной укладки по толщине приводит к существенному увеличению неоднородности структуры композиционного материала, что необходимо учитывать при расчете конструкций из таких материалов [2, 104]. Выбор закона укладки в плоскости и по толщине пакета подчиняется назначению конструкции. Таким образом, использование высокомодуль-пых волокон при традиционных схемах армирования, когда толщина изделия создается набором плоских армирующих элементов — ирепрегов или слоев ткани, не устраняет указанных выше отрицательных особенностей композиционных материалов. [c.8]

Двукратное увеличение межслой-нон прочности при сдвиге эпоксифе-нольных углепластиков достигается травлением углеродных волокон концентрированном азотной кислотой в течение 30 мин [20]. Прочность при растяжении в трансверсальном направлении углепластиков вследствие обработки волокон в азотной кислоте возрастает в 1.6 раза. Некоторое улучшение этих характеристик в слоистых стеклопластиках достигается также за счет пспольчЗования волокон некруглого поперечного сечения — эллипсоидных, ромбовидных, треугольных и др. Изменение формы углеродных волокон не оказывает заметного влияния на механические свойства углепластиков. Указанный метод приводит лишь к некоторому улучшению трансверсальных и сдвиговых свойств композиционных материалов, но не решает проблемы. Вследствие слоистой структуры в материале сохраняются плоскости, через которые напряжения передаются низкомодульным и низкопрочным связующим, что не исключает опасности преждевременного их разрушения. Особенно это относится к материалам, воспринимающим в конструкциях сдвиговую и трансверсальную нагрузку в условиях повышенных температур. [c.9]

Опыт применения пространственно-армированных материалов в целях тепловой защиты значительно расширил область их использования используются не только теплозащитные, но и прочностные свойства материалов. Появилась новая область применения материалов, образованных системой ех нитей, — в супермаховиках. Применение современных композиционных материалов в супермаховиках представляет значительный интерес, так как максимальная удельная энергия, которая может быть накоплена в маховике, пропорциональна отношению прочности материала к плотности. Маховики, изготовленные намоткой из однонаправленных материалов, наряду с высокой прочностью в направлении армирования обладают традиционными [c.9]

Композиционные материалы на основе системы двух нитей целесообразно изготовлять из различных по механическим свойствам армирующих волокон. Высокомодульнь]е углеродные или борные волокна могут быть расположены в направлении утка и частично в направлении основы. Арматуру, искривленную в направлении основы, изготовляют из стекловолокна. При таком комбинировании разных волокон можно значительно повысить жесткость и прочность в направлении основы и утка без заметного снижения прочности на отрыв в трансверсальном направлении и сопротивляемости сдвигу. Хороший эффект в повышении монолитности и надежности таких структур достигается также за счет модифицирования волокон 34]. [c.12]

Крепление образца в захватах. Создание на основе высокопрочных армирующих волокон полимерных композиционных материалов порождает значительные трудности получения стабильных значений предела прочности при растяжении этих материалов 39]. Особенно они проявляются при испытании трехмерноармнрованных материалов, изготовленных на основе углеродных волокон. Опытные данные и характер разрушения образцов свидетельствуют о том, что сложность получения стабильных и воспроизводимых характеристик прочности при растяжении композиционных материалов обусловливается главным образом необ.ходимостью надежного крепления образца в захватах испытательной машины (для исключения проскальзывания), а также влиянием формы и размеров образца. Учет этих факторов особенно необходим при испытании высокопрочных композиционных материалов. Проскальзывание образца в захватах приводит к появлению па его поверхности царапни, сколов и вмятин. Повторное нагружение образца после проскальзывания часто усугубляет эти дефекты н способствует разрушению образца в местах повреждения 23, 74]. Во избежание указанного явления используют различные дополнительные приспособления или устройства, которые усложняют [c.26]

Зависимость относительных нормальных ду max и касательных х у шах напряжений от соотношения геометрических размеров образца представлена на рис. 2.11. Расчетные значения напряжений получены при тех же значениях упругих констант, что и для Охшах- Чувствительность этих напряжений к параметру I значительно выше, чем чувствительность Ох шах- При этом при малых соотношениях длины к ширине образца, как видно из рис. 2.11, влияние исследуемого параметра на значения Хху max и Оу их велико. Значения этих напряжений при некоторых lib становятся соизмеримыми со значениями предела прочности при сдвиге и предела прочности на отрыв перпендикулярно укладке слоев для некоторых типов слоистых и однонаправленных композиционных материалов, что следует учитывать при выборе геометрических размеров образца. Приведенные кривые свидетельствуют о том, что при //6 6 значения 6у шах и Хух max незначительны и градиент изменения указанных напряжений в зависимости от lib также мал. Увеличение упругих констант материала образца не меняет характера кри- [c.36]

Трудности испытания полимерных композиционных материалов на сдвиг заключаются в том, что в образцах трудно обеспечить состояние чистого сдвига. Все известные методы испытания на сдвиг отличаются в основном способом и степенью минимизации побочных деформаций и напряжений, вследствие чего всем методам св014ственны некоторые физические и геометрические ограничения. Исключение составляет испытание трубчатых образцов, не вызывающее особых трудностей и позволяющее получать надежные характеристики предела прочности при сдвиге и модуля сдвига в плоскости укладки арматуры. Методика определения указанных характеристик при испытании трубчатых образцов изложена достаточно подробно в работе [78]. Испытание на сдвиг плоских образцов—более трудная задача в части создания необходимых устройств для нагружения. Современные композиционные материалы имеют, как правило, относительно небольшую толщину (1—3 мм). Нагружение на сдвиг пластинок или стержней такой толщины возможно только на установках малой мощности, но обладающих достаточной точностью. [c.42]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...