Композиционные материалы слоистые

Пластмассы — композиционные материалы, основой которых являются полимеры, определяющие главные свойства и выполняющие роль связующего, соединяющего все компоненты материала в монолит. Остальные компоненты — наполнители, пластификаторы, стабилизаторы и другие — при введении в неполярные полимеры снижают их электроизоляционные свойства. Поэтому пластмассы на основе таких полимеров — отличных диэлектриков — состоят практически только из связующего. В табл. 23.12 приведены свойства термопластичных полимерных органических диэлектриков и материалов на их основе, в табл. 23.13 — свойства термореактивных пластмасс, а в табл. 23.14 — слоистых пластиков с листовым (рулонным) наполнителем. [c.557]

Импедансный с раздельно-совмещенным преобразователем 15 Изделия из слоистых пластиков, полимерных композиционных материалов, неметаллические покрытия (кроме мягких), клееные узлы из неметаллических и металлических материалов [c.296]

Традиционной структурой композиционных материалов является слоистая, когда траектории армирования лежат в плоскостях слоев, связь между которыми осуществляется через прослойки связующего [20, 25, 37—39]. Однако все большее внимание к себе привлекают композиционные материалы с пространственным расположением арматуры объем работ в этом направлении непрерывно возрастает. Целесообразность пространственного расположения арматуры несомненна. Введение пространственного каркаса не только ликвидирует такой недостаток слоистых композиционных материалов как опасность расслоения вследствие слабого сопротивления сдвигу и поперечному отрыву, но н локализует в пределах нескольких пространственных ячеек распространение трещин. Этим резко повышается несу[цая способность материала в толстостенных конструкциях, особенно в зонах приложения сосредоточенных нагрузок, вырезов, ребер при нестационарных силовых и температурных воздействиях, характерных для современной техники. [c.3]

Характер кривых деформирования композиционных материалов, образованных системой двух нитей, как и слоистых материалов, определяется в основном расположением волокон и направлением нагрузки относительно главных осей материала. Существенную роль играет и степень искривления армирующих волокон. О влиянии угла нагружения на изменение характера диаграмм деформирования композиционных материалов свидетельствуют данные, представленные на рис. 4.4. На рисунке приведены типичные кривые деформирования при растяжении и сжатии в направлениях армирования и под углом к ним мате- [c.99]

Растяжение и сжатие в направлениях армирования. Прочность материалов рассматриваемого класса, как и слоистых композиционных материалов, в основном определяются свойствами, со- [c.111]

B. Анализ напряженного состояния слоистых композиционных материалов............... .................. 74 [c.62]

На рис. 2 представлена графическая интерпретация условия (4), там же для сравнения показано графическое изображение критерия (2), приведенного к безразмерной форме. Энергетический критерий изображается гладкой кривой, описанной вокруг шестиугольника, соответствующего критерию максимальных касательных напряжений. Максимальное различие между этими двумя теориями составляет приблизительно 15%. Описанные выше критерии были сформулированы через главные напряжения Оц Од и Од, что существенно при изучении слоистых композиционных материалов. [c.66]

Типичная слоистая структура представляет собой совокупность связанных слоев с различной ориентацией и определенной схемой чередования. Основной и успешно используемой при анализе слоистых композиционных материалов является система гипотез Кирхгоффа, основанная на предположении, что сечения плоские до деформации остаются плоскими и после деформации. Таким образом, предполагается, что взаимный сдвиг между осями отсутствует. Математически описать упругие свойства слоистого материала с произвольной структурой можно с помощью методов теории армированных сред при известных свойствах каждого слоя. Для классической теории пластин упругие постоянные представлены в равенстве [c.68]

В. Анализ напряженного состояния слоистых композиционных материалов [c.74]

ХОДУ, материал считается состоящим из отдельных связанных между собой слоев. Каждый слой предполагается однородным (что следует из феноменологического анализа) и ортотропным. Распределение деформаций по толщине пакета принимается линейным. Критерий разрушения записывается последовательно для каждого слоя в отдельности и предельная нагрузка для материала определяется в предположении допустимости нарушения его сплошности в процессе деформирования. Согласно второму подходу, слоистый материал рассматривается как однородный анизотропный критерий разрушения записывается сразу для всего пакета слоев. Первая процедура предполагает известными прочностные характеристики отдельного слоя (см. раздел II). Далее на основании этих данных поверхности разрушения слоистых материалов с произвольной структурой формируют теоретически. Такой подход получил наибольшее распространение при оценке прочности современных композиционных материалов, так как в процессе проектирования конструкции приходится рассматривать множество возможных структур материала. Вторая процедура предполагает известными прочностные характеристики рассматриваемого слоистого материала. Она эффективна для материалов, армированных тканями и образованных из одинаковых слоев. Далее рассмотрены критерии, основанные на послойной оценке прочности материала. [c.80]

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]

Проектирование ферм из композиционных материалов таких, какие показаны, например, на рис. 1—4, осуществляется на основе методов, обычно используемых для расчета на прочность. Для того, чтобы определить жесткость, несущую способность или критическую нагрузку элемента фермы, изготовленного из композиционного материала, необходимо учитывать анизотропию и структуру материала [5, 64]. Коэффициенты местной устойчивости, прочность, собственные частоты и упругие постоянные материала определяются свойствами отдельных анизотропных слоев и характером их ориентации в слоистом материале. Эти вопросы и рассмотрены в настоящей главе. Отметим, что согласно принятому ранее определению фермы изгиб ее стержней из рассмотрения исключается. [c.112]

ПРЕДЕЛЬНЫЕ СЖИМАЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ (кгс/мм=) ДЛЯ ТОНКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБОЛОЧЕК ИЗ СЛОИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, СЖАТЫХ-В ОСЕВОМ НАПРАВЛЕНИИ [c.126]

Создание предварительного натяжения арматуры при изготовлении композиционных материалов слоистой структуры способствует некоторому увеличению модулей упругости и прочности в направлениях натяжения. Изменение указанных характеристик, как показано в работах [5, 25], происходит за счет исключения случайных искривлений арматуры в однонаправленных материалах или за счет уменьшения степени искривления у слоистых, изготовленных на основе тканей. Установленные зависимости механических характеристик этих материалов от степени натяжения арматуры, естественно, не идентичны за- [c.118]

Для этого предлагается новый вероятностный подход, согласно ко торому принимается, что деформируемый макрообъем композиционного материала именно в силу его представительности содержит элементы структуры, разрушенные по всем вероятным механизмам, а их объемные доли могут быть рассчитаны на основании вероятностей микроразрушений по совокупности критериев. Излагаемый способ учета стохастических процессов структурного разрушения будет использован в дальнейшем в приложении к композиционным материалам слоистой структуры. [c.154]

Классификация. Слоистые структуры образуются последовательной укладкой пропитанных связующим однонаправленных монослоев в одной плоскости — плоскости укладки. Изготовляют слоистые композиционные материалы двумя наиболее распространенными способами. Один из них основан на так называемой мокрой намотке волокон или лент, другой состоит в прессовании и отверждении пред- [c.4]

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]

Перекрестная укладка одинакового числа слоев в двух направлениях образует композиционные материалы с ортотропией в осях, направленных вдоль биссектрис угла между волокнами в соседних слоях. Материалы с переменным углом укладки по толщине одинакового числа слоев в направлениях О, 60 и 120° условно называют материалами звездной укладки (1 1 I). Они являются изотропными в плоскостях, параллельных плоскостям укладки слоев. Трансверсальноизотропными являются и многонаправленные материалы, в которых одинаковое число слоев укладывается в направлениях, я/ц, 2я/л,. .., л, п 3), а также хаотически армированные в одной плоскости короткими волокнами. При использовании в качестве арматуры обычных однослойных тканей получаются композиционные материалы со слоистой структурой (тек-столиты). Возможны различные комбинации структур ткань может быть уложена так, что направления основы во всех слоях совпадают или между направлениями смежных слоев образуется некоторый заданный угол. Кроме того, угол укладки и число слоев по толщине материала могут изменяться. В зависимости от этого можно выделить три основных вида слоистых структур симметричные, антисимметричные и несимметричные. К первому виду относятся материалы, обладающие симметрией физических и геометрических свойств относительно их срединной плоскости, ко второму виду — материалы, обладающие симметрией распределения одинаковых толщин слоев, но угол укладки волокон (слоя) меняется на противоположный на равных расстояниях от срединной плоскости. К несимметричным структурам относятся материалы, не обладающие указанными выше свойствами. [c.5]

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]

Использование композиционных материалов, образованных системой двух нитей, для изготовления изделий методом намотки позволяет значительно повысить их несущую способность при действии давления. Исследования показывают, что при изготовлении кольцевых образцов с внутренними слоями из пространственно-армированных материалов и наружными из слоистых можно ограничиться относительной толщиной Ru Rb = 1.40, в то время как при использовании ленты тканого переплетения R /Rb = 1.88, при намотке колец из однонаправленной ленты ЛСБ-F R Rb = 2,15 при одинаковых внутреннем радиусе и давлении. [c.13]

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]

Техника расчета однонаправленных и слоистых композиционных материалов в указанной постановке сравнительно проста. Характеристики материала, волокна которого уложены в различных направлениях, но параллельно одной плоскости, можно рассчитать с помощью формул для однонаправленного материала, используя прием разбиения материала на слои. Упругие характеристики материала вычисляют с учетом упругих констант отдельных слоев по сравнительно несложным зависимостям. [c.56]

Совпадение расчетных и экспериментальных значений упругих констант вполне удовлетворительное. Опытные значения всех исследованных характеристик оказались несколько выше расчетных. Особенно это превышение (до 10 %) наблюдается в диапазоне углов 15—30 и 60—75°. Существенных различий в характере расчетных. кривых для упругих констант трехмерноармированных композиционных материалов по отношению к слоистым не наблюдается. [c.154]

Основная цель и назначение арматуры направления 3, как это было показано в гл. 1, — предотвращение расслаивания изделий из композиционных материалов в процессе изготовления или при нагружении их различного рода внешними усилиями по направлениям основного армирования. Поэтому содержание арматуры в направлении 3 должно быть, как правило, невелико. Введение арматуры в направлении 3 при предельном коэффициенте объемного армирования материала достигается за счет уменьшения ее содержания в плоскости 12, при этом fig flj,. Эффективность армирования в направлении 3 наиболее наглядно проявляется в случае сравнения характеристик трехмерноармированных и слоистых композиционных материалов, имеющих одинаковое объемное содержание волокон. [c.164]

В табл. 5.22 для сравнения приведены экспериментальные данные трехмерноармированных и слоистых композиционных материалов, изго- [c.165]

Сравнение значений прочности (МПа) на отрыв и межслойный сдвиг трехмерноармированных и слоистых композиционных материалов [c.165]

Упругие характеристики композиционных материалов с учетом усредненных свойств матрицы рассчитывают по формулам, полученным для слоистых композиционных материалов с соответствующей укладкой волокон (однонаправленной или ортотропной) [25, 88]. Упругие постоянные связующего, входящие в эти формулы, заменяют упругими характеристиками модифицированной матрицы, которые вычисляют по зависимостям (7.2), (7.3), (7.6)—(7.9) в случае хаотического распределения нитевидных кристаллов в одной плоскости, перпендикулярной к направлению волокон. В случае же распределения кристаллов во всем объеме характеристики модифицированной матрицы определяют по зависимостям (3.83), (3.84) при коэффициенте армирования р = рдр. Выражения для упругих характеристик композиционного материала, армированного вискеризо-ванными волокнами в направлении оси 1, согласно зависимостям, приведенным на с. 59, имеют вид [c.205]

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]

В главе 4 представлен подробный обзор исследований, посвященных статике, устойчивости и динамике пластин из композиционных материалов. Рассмотрены феноменологические соотношения упругости для пластин из однонаправленных композиционных материалов, находящихся в условиях плоского напряженного состояния, матрицы жесткости для тонких слоистых пластин, теории малых и больших прогибов тонких пластин, толстые слоистые и трехслойные плиты. Для всех типов пласТин приведены основные гипотезы, теоретические соотношения, подробно рассмотрены различные частные случаи. Анализ дан в предположении, что материал линейно упругий и установлены случаи, для которых это предположение нарушается. [c.10]

Равенства (34) показывают, что прямоугольный параллелепипед, изготовленный из материала с общей анизотропией, при одноосном однородном напряженном состоянии превращается в не-прямаугольный параллелепипед (на рис. 1, а показано тело, для которого плоскость является плоскостью симметрии). В случае изотропного материала прямоугольный параллелепипед остается прямоугольным (рис. 1, б). Эти различия в поведении анизотропных и изотропных материалов при одноосном напряженном состоянии вызывают некоторые трудности при определении механических характеристик композиционных материалов в направлении, не совпадающем с осью симметрии. Образец, обычно используемый при таких испытаниях, представляет собой длинную полоску (отношение длины к ширине равно - 5—10), вырезанную под некоторым углом к оси симметрии из элементарного армированного слоя или слоистого материала. При одноосном нагружении в продольном направлении образец ведет себя как анизотропное тело с плоскостью упругой симметрии, совпадающей с плоскостью образца, т. е. стремится принять в этой плоскости форму параллелограмма. Захваты, в которых закрепляют образец, препятствуют его свободной деформации, сохраняя пер-воннчальное. направление закрепленных кромок. Как показано в работе Пагано и Халпина [45], в плоскости образца при этом возникает изгибающий момент и при деформировании образец принимает 1У-образную форму (рис. 2). [c.24]

В заключение рассмотрим теорию слоистых пластин, играющую важную роль при исследовании пластин из композиционных материалов. В настоящем разделе ограничимся пластинами, со-стоящимй из ортотропных слоев, расположенных симметрично относительно некоторой плоскости, например плоскости х х, . При этом нагружение в плоскости пластины не вызывает ее изгиба. Вывод уравнений теории слоистых пластин, свободных от такого ограничения, представлен в книгах Аштона и др. [3] и Кал-кота [10]. [c.48]

При обсуждении критериев разрушения композиционных материалов необходимо иметь полное представление о природе рассматриваемых явлений и определить понятие разрушение в том смысле, в котором оно обычно используется при анализе этих материалов. Прочность слоистой структуры — это ее способность выдерживать заданный уровень термомеханического нагружения без разрушения. Поэтому разрушение будем рассматривать как предел несуп ей способности материала при всех возможных напряженных состояниях. Предельные состояния могут быть представлены аналитически для данного материала поверхностью разрушения. Как и для металлов, под пределом текучести слоистой структуры будем понимать уровень напряжений, соответ-ствуюхций началу неупругого деформирования, микроструктур-ный механизм которого для металлов и композиционных материалов существенно различен. Растрескивание — это мгновенное образование свободных поверхностей в материале, которое может ускорить его разрушение. Различать эти понятия необходимо для понимания построения и последующего применения критериев прочности композиционных материалов. [c.63]

Несмотря на то, что количественные критерии, определяющие как вязкое, так и хрупкое разрушение композиционных материалов при комбинированном нагружении, еще далеки от завершения, состояние этого вопроса достигло такого уровня, при котором возможно достаточно точно предсказать поведение проектируемых или рассчитываемых конструкций, если известны основные характеристики композиционного материала. В отличие от металлов слоистый композиционный материал обладает такими особенностями, как неоднородность и анизотропия. По микроструктуре материал является двухфазным и состоит из волокон и матрицы или связующего (полимерного, металлического и др.), а макроструктура материала образуется из ориентированных слоев волокон, заключенных в связующем (рис. 3). Явления, протекающие на микроуровне, определяют формы разрушения и другие подобные характеристики материала, рднако механизм и взаимодействие этих явлений изучены еще недостаточно полно. Большинство инженерных расчетов основано поэтому на макромодели, согласно которой основным элементом материала, в котором происходит разрушение, является армированный слой. [c.67]

Различие в методах анализа напряженного состояния однородных изотропных и неоднородных (слоистых) композиционных материалов существенным образом проявляется при реализации критерия разрушения. Для изотропных материалов, прочностные свойства которых не зависят от направления, эта реализация значительно упрощается благодаря существованию системы координат, в которой только главные напряжения отличны от нуля. Что касается композиционных материалов, то их прочностные свойства задаются во вполне определенной системе координат, оси которой совпадают с осями ортотропин, и в этой системе необ- [c.74]

Результаты исследования механизмов разрушения и критериев прочности однонаправленных композиционных материалов описаны в других томах. Так как однонаправленный слой является основным элементом и на результатах его исследования построен анализ прочности слоистых композиционных материалов, ниже приведены основные результаты, необходимые для дальнейшего изложения материала. Основные этапы, исторического развития наиболее распространенных критериев прочности композиционных материалов описаны в разделе I, где основное внимание уделено исходным предпосылкам построения некоторых классических критериев пластичности и прочности. [c.80]

Распространенный подход к предсказанию прочности композиционных материалов, основан, как отмечено в разделе I, на модификации критерия Мизеса, предложенного для изотропных, однородных, пластичных материалов. К композиционным материалам его впервые применил Норрис [9]. В литературе описано множество вариантов этого критерия, ниже рассмотрены три частные формы, предложенные Аззи и Цаем [3], Хоффманом [7] и Ча-мисом [4]. В настоящем разделе, посвященном прочности слоистых материалов, все эти критерии используются в основном одинаково, однако каждый из них в свое время имел особенности. [c.82]

Предельные поверхности или кривые позволяют получить много полезной информации при анализе прочности слоистых композиционных материалов. Они особенно полОзны на начальном этапе проектирования, так как позволяют сравнивать различные материалы и выбирать их свойства и структуру применительно к проектируемой конструкции. На рис. 21 показаны предельные поверхности двух материалов р одинаковой схемой армирования 0° (60%) и 40° (40%). По рисунку можно установить область, [c.101]

Несмотря на то, что в настоящее время не существует универсального критерия прочности для композиционных материалов, состояние этой проблемы таково, что конструктор имеет возможность с достаточной стрпенью точности предсказывать начало разрушения, а в некоторых случаях и предельную нагрузку рассматриваемых элементов конструкций. В этой главе были изложены апробированные аналитические методы определения напряженного состояния и прочности композиционных материалов, основанные на теории слоистых сред и классических критериях разрушения. Достоверность этих методов подтверждается практикой их использования при расчете авиационных и космических конструкций, и поэтому они рекомендуются расчетчикам и проектировщикам. Одпако ограничения и допущения, принятые при построении методов расчета и формулировке критериев разрушения, всегда следует иметь в виду и применять те расчетные критерии, при которых эти ограничения не оказывают существенного влияния на результаты окончательного расчета. [c.104]

Следует также обобщить и расширить сведения о свойствах слоистых систем, армированных волокнами из различных материалов,— так называемых гибриЗяма композиционных материалов. По мере того как материаловеды разрабатывают новые материалы с улучшенными свойствами, которые могут или уже применяются в комбинации с существующими (например, высокопрочные стальные и углеродные волокна, комбинации стекловолокон и углеродных волокон и т. д.),- постоянно возникают новые проблемы микро- и макромеханики, которые должны эффективно решаться для того, чтобы эти материалы нашли применение и заняли свое место в ряду композиционных материалов. [c.106]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...