Композиты Общие представления

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КОМПОЗИТАХ [c.8]

Общие представления о композитах [c.9]

Цель автора — обрисовать в общих чертах при помощи простых средств основные принципы, необходимые для понимания инженерами-проектировщиками сущности композиционных материалов. Можно полагать, что представленные концепции применимы к конструкциям или элементам конструкций из пластиков, армированных непрерывными или короткими стеклянными или угольными волокнами из бетона, армированного волокнами или стержнями из металлов, армированных керамическими волокнами или частицами, металлической проволокой или лентой. Схемы армирования композитов могут быть одно-, двух- или трехмерными некоторые из них уже применяются, другие находятся в стадии разработки. [c.9]

Анализ вибрации и распространения волн в вязкоупругих композитах проведен в [1]. Причем основное внимание уделено расчету поведения при стационарном гармоническом нагружении. Хорошо известно, что, используя свойство интеграла Фурье, решения для стационарного случая можно применить для расчета поведения при нестационарных воздействиях произвольного вида. Обсудим вкратце этот подход с точки зрения применения к решению задачи алгоритма FFT [20]. В динамическом анализе композитов используются и другие методы, например преобразование Лапласа [1] и метод характеристик [21]. Однако есть основания полагать, что точность и вычислительная эффективность алгоритма РТТ плюс легкость получения стационарного поведения при помощи упругих решений делают этот подход наиболее привлекательным. Здесь представляет интерес также удобство применения численных или очень общих аналитических представлений комплексных модулей (податливостей). [c.196]

Особенность всех рассмотренных примеров заключается в том, что коэффициенты жесткости dtj, не равные нулю и определяемые через ij с индексами 16, 26, уменьшаются при увеличении числа слоев п. Поэтому дробление общей толщины перекрестно армированных компонентов позволяет значительно улучшить структуру матрицы жесткости композита, уменьшая величину коэффициентов, ответственных за взаимосвязь изгибных и мембранных параметров напряженно-деформированного состояния. Так перестройка структуры пакета слоев, представленного на рис. 1.11, позволяет умень- [c.32]

Достаточно полное представление о содержании, методах и результатах исследований этого направления в ОПО из композитов дает монография [135]. Результаты исследований, основанных на использовании критерия равнопрочности, обобщены в работе [104], авторы которой рассматривают задачи оптимизации важного класса намоточных конструкций — безмоментных оболочек вращения. Упомянутые исследования систематизировали ряд фактов, накопленных в исследованиях по параметрической оптимизации оболочек из композитов к началу второй половины 70-х гг. Тем самым указанный класс задач получил статус относительно самостоятельного объекта исследования в теории ОПК из композитов, которая к этому времени сформировалась в весьма представительный раздел общей теории ОПК (см. библиографический указатель [20]). [c.12]

В книге с единой точки зрения излагаются математические основы метода ориентационного усреднения, рассматривается его приложение в разных областях механики материалов. Обсуждаются методы конструирования тензоров инвариантным интегрированием по группе вращений, интегральные представления тензоров второго ранга, конструирование функций тензорного аргумента и др. На основе общего математического аппарата получены определяющие уравнения статистических теорий пластичности, в частности локальных деформаций. Метод ориентационного усреднения использован для расчета прочности и накопления повреждений. На основе метода развита структурная теория неупругого деформирования пространственно армированных композитов при простом и сложном нагружениях с учетом пластических и вязкопластических свойств компонентов. [c.299]

Представленное выше обсуждение ясно показало необходимость новых подходов для анализа напряжений в слоистых композитах, так как все предложенные к 1978 г. приближенные теории основываются на тех или иных предположениях относительно полей перемещений, которые приводят к неправдоподобным результатам. Поэтому были сформулированы следующие требования, которым должна удовлетворять приемлемая теория для анализа полей напряжений и перемещений в слоистых композитах 1) в общем случае все шесть компонент напряжений не равны нулю 2) выполняются условия непрерывности напряжений и перемещений на границах раздела слоев 3) справедлив принцип равновесия слоя . В соответствии с этими требованиями была разработана самосогласованная модель [31]. Этот принцип определяется следующим образом. Рассмотрим область внутри слоистого композита, расположенную произвольно, за исключением того, что она ограничивается любыми двумя параллельными поверхностями раздела слоев в композите. Требуется, чтобы расчетное поле напряжений, действующих на поверхностях произвольной области, согласно заданным граничным условиям для напряжений (в каждой точке, в смысле теории упругости), тождественно удовлетворяло условиям обращения в нуль результирующей силы и момента на тех частях внешней границы слоистого композита, которые находятся в данной области. Таким образом, каждый слой должен удовлетворять этому [c.40]

Чтобы получить общее представление о механических аспектах поверхности раздела в волокнистых композитах, определенное внимание следует уделить ее природе. Специфическая природа поверхности раздела в волокнистых композитах и соответственн<> особые виды механического взаимодействия в ее окрестности входят в число важнейших факторов, обеспечивающих уникальные свойства волокнистых композитов. [c.42]

Излагаемая теория основана на решении, удовлетворяющем уравнениям линейной теории упругости и внутренне непротиворечивом, т. е. удовлетворяющем всем внешним краевым условиям и условиям непрерывности на поверхностях раздела. Будет показана взаимосвязь между результатами настоящей работы и другими определяющими соотношениями для слоистых композитов, соответствующими более частным классам материалов. Особенно важно доказательство того, что определяющие уравнения классической теории слоистых материалов, разработанной Ставски [22] и Донгом с соавторами [5], а также уравнения, предложенные Чау с соавторами [4] и Хорошуном [10], после исправления некоторых мелких ошибок в работе [10] непосредственно следуют из представленных здесь общих результатов при частном виде нагрузки и условиях симметрии, принятых в указанных выше работах. Наконец, приведем данные, подтверждающие справедливость определяемого нами поля напряжений всюду вне узких областей пограничного слоя, изложив содержание работы Пайпса и Пагано [17], в которой рассматриваются возмущения типа пограничного слоя вблизи свободного края. [c.39]

В данной главе использована модель системы волокно — матрица, представляющая собой регулярный массив волокон круглого поперечного сечения, помещенных в матрицу, имеющую форму прямоугольной призмы (рис. 7.3). Напряженное состояние этой микроструктуры исследовано при помощи метода конечных элементов (элементов в виде треугольных призм, в которых напряжепное состояние однородно). При таком подходе каждый компонент композита представлен большим числом элементов. Увеличение числа элементов приводит в общем к повышению точности расчета упругих констант слоя и позволяет получить более близкое к реальному распределение напряжений, возникающих при термомеханических воздействиях. [c.258]

В табл. 6.2 приведены результаты численной реализации модели оптимизации (6.37), полученные для указанных двух моделей анализа прочности композита методом прогонки по ф с шагом Аф = 0,5°. Сравнение данных таблицы показывает, что неучет межслоевого взаи.модействия (модель I) приводит к заниженным значениям разрушающей нагрузки У ххр относительно значений, полученных с использованием эмпирических зависимостей ра ц>) и рИ)з ц>) (.модель II). Наблюдаются существенные различия в значениях структурного параметра ф рациональных проектов оболочки. При этом указанные отличия в значениях N xxF и ф возрастают с ростом значений толщины оболочки /г, что легко объясняется усилением роли межслоевых взаи.модействий для слоистых пакетов с большим числом. монослоев. Отметн.м, что полученные результаты полностью согласуются с результатами работы [88], где рассмотрена несколько более общая, чем представленная в модели (6.37), постановка задачи оптимизации стеклопластиковой цилиндрической оболочки. [c.259]

В заключение отметим следующее. Здесь установлены уравнения модели тонкого слоя, армированного семейством однонаправленных волокон. Композитные оболочки, собранные именно из таких слоев, будут рассмотрены ниже в конкретных примерах. Вместе с тем подчеркнем, что такими тонкостенными элементами конструкций не исчерпывается область применимости дифференциальных уравнений развиваемой ниже неклассической теории многослойных оболочек. Область применимости этой теории существенно шире, поскольку ее уравнения опираются на весьма общие физические соотношения вида (2.1.1), в рамки которых укладываются соотношения упругости не только однонаправленных волокнистых композитов, но и композитных материалов других типов — армированных несколькими разнонаправленными семействами волокон, тканями и т.д. Широкий круг данных о тензорах эффективных жесткостей и податливостей таких композитных материалов представлен в ранее названных источниках. [c.34]

Высокоэнергетические динамические и импульсные воздействия на элементы конструкций пз однородных н композиционных материалов приводят к сложным волновым явлениям. Они характеризуются диссипативными, дисперсионными процессами, взаимодействием упругоп.ластических и ударных волн в результате многократных отражении и преломлений на границах и поверхностях раздела сред, а также возможными процессами разрушения материала, компонентов композита или конструкции в целом. Исто-рпчески исследовательский интерес к этим вопросам связан с проблемой пробивания [38, 55] и моделированием реакций кон-струкцт на взрывные нагрузки [143]. Для решения этих задач разработаны как простые феноменологические модели [102, 115, 143], так и общие упругопластические и гидродинамические модели, физические представления об ударных волнах [62], теории динамических волновых процессов и удара, представленных в монографиях [29, 38, 48, 55, 68, 73, 108, 126, 144, 158] и ряде обзоров [76, 97, 98, 106, 175]. [c.26]

Очевидно, что теории представленного здесь типа необходимы для описания поведения элементов конструкций из слоистых композитов, используемых на практике. Многие результаты, полученные с помощью глобально-локальной модели, и их использование при анализе межслойного разрушения приведены Сони и Кимом [43—45]. В их работах рассматривается влияние межслойного сдвига и растяжения на расслоение в композите. Модель оказалась вполне пригодной для изучения влияния характеристик материала, геометрических параметров и укладки слоев на межслойные эффекты в слоистых ком- позитах со свободными кромками. В настоящее время для рассмотрения более общих проблем теории упругости слоистых композитов разработан новый алгоритм решения. В этом алгоритме соответствующие определяющие уравнения перегруппировываются к виду, характерному для задач на собственные значения, и промежуточные величины, появляющиеся в уравнениях (80)—(83), определяются достаточно эффективно. Новый подход [52] позволяет использовать до 40 — 50 различных локальных или глобальных областей в пределах слоистого композита. [c.80]

Пока достаточно отметить, что метод конечных элементов особенно хорош при решении задач со сложными жесткостными свойствами материала. Из дальнейшего будет видно, что матрица [Е (или обратная к ней матрица) легко обрабатывается в алгоритмах численного интегрирования. Ограничения, накладываемые на сложность и представления жесткостных характеристик материала, часто диктуются практикой для большинства практических за ач трудно располагать большей информацией о механических характеристиках материала, чем полученной в результате эксперимента информацией о зависимости напряжений от деформаций для орто-тропного материала в двумерном случае. Исключение составляют слоистые пластины с ортотропными слоями (механические характеристики слоев можно определить экспериментально, а затем вычислить характеристики всей слоистой пластины) и композитные материалы (например, стекло-волокнистые композиты). Благодаря особой роли композитов как ортотропных материалов, прихменяе-мых на практике, публикации, касающиеся их разработки и использования, представляют отличный источник информации для детального построения вполне общих соотношений, задающих жест-костное поведение материала (см. [4.81). [c.118]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...