Композиты, армированные системой

В более сложном случае гибридного композита, т. е. композита, армированного системой волокон разного сорта, например борными и стеклянными, попытки получить зависимости, аналогичные приведенным выше, приводят к мало пригодным для практического использования результатам (вследствие недостаточной их точности либо чрезвычайной громоздкости) [24, 25]. Этим, по-видимому, можно объяснить интенсивные поиски приближенных численных методов решения проблемы. В настоящее время наибольшее развитие получил подход, основанный на уже упоминавшемся методе тонких сечений [70—72]. Хорошему совпадению вычисленных с учетом такого подхода констант композита с их экспериментальными значениями мешают, как отмечают авторы этих работ, пористость, а также стохастический характер взаимного расположения волокон в реальном материале и некоторые другие причины, указанные в разделе 1.1.1. В целом же проблема определения эффективных модулей гибридного композита еще далека от своего разрешения. [c.31]

Композиты, армированные системой двух нитей [c.273]

КОМПОЗИТЫ, АРМИРОВАННЫЕ СИСТЕМОЙ ДВУХ НИТЕЙ [c.273]

КОМПОЗИТЫ, АРМИРОВАННЫЕ СИСТЕМОЙ ТРЕХ НИТЕЙ [c.284]

Композиты, армированные системой трех нитей [c.287]

Композиты, армированные системой [c.504]

Модель поведения композитов при усталостном нагружении во многом зависит от вида нагружения [3], природы составляющих и геометрии композита. Исследование серебряных композитов, армированных вольфрамом и сталью, при усталостном нагружении растяжение — растяжение показало, что усталостная прочность таких композитов заметно увеличивается с ростом содержания упрочнителя [59]. В системе серебро — вольфрам, в отличие от системы серебро — сталь, не было обнаружено трещин на поверхности раздела. Форсит и др. [26] также отмечали, что введение вольфрамовой и стальной проволоки в алюминиевую матрицу повышает усталостную прочность. [c.251]

Показано, что, если распространяющаяся в композите трещина пересекает волокна упрочнителя, вязкость разрушения увеличивается тем больше, чем больше волокна отслаиваются от матрицы. Значит, из соображений повышения вязкости разрушения предпочтительной является слабая поверхность раздела. Однако при распространении трещины в матрице параллельно волокнам предпочтительна прочная поверхность раздела — это позволяет предотвратить разрушение по поверхности раздела, связанное с малыми затратами энергии. Были отмечены и другие случаи так, при распространении трещины перпендикулярно волокнам высокая вязкость разрушения может быть обусловлена несколькими механизмами. При действии одного из них — вытягивания волокон — вязкость разрушения определяется силами трения и длиной вытянутого из матрицы отрезка волокна. Высокая вязкость разрушения может быть получена и в композитах, в которых не происходит ни отслаивания, ни вытягивания волокон. Так, в системе бор — алюминий вязкость разрушения зависит в основном от энергии деформации, накопленной волокном в пластической зоне деформации композита непосредственно к моменту разрушения волокна. Вязкость разрушения ориентированных композитов, как правило, слабо зависит от вязкости разрушения матрицы. Исключение представляет случай, когда поверхность раздела прочна, а трещина распространяется параллельно волокнам в этих условиях вязкости разрушения композита и материала матрицы сопоставимы. При достаточно высокой объемной доле упрочнителя и слабой поверхности раздела вязкость разрушения определяется поверхностью раздела. Вязкость разрушения композитов, армированных ориентированным в нескольких направлениях упрочнителем, зависит, главным образом, от тех волокон, которые расположены поперек трещины и разрушение которых необходимо для дальней- [c.304]

Проведенные исследования свидетельствуют о том, что 4Д композиты, армированные по диагоналям куба, существенно превосходят материалы, армированные системой трех нитей как по сдвиговой жесткости, так и по предельному коэффициенту армирования. [c.299]

Система из нитей трех различных направлений будет геометрически неизменяема, поэтому современные композиты выкладываются таким образом, чтобы было не менее трех направлений армирования. Если принять за ось Xi среднюю линию пластины, то обычная укладка — это укладка в четырех направлениях под углами к этой оси О, л/2, ф. При чередовании слоев следует сохранять симметрию относительно средней плоскости, чтобы растяжение не сопровождалось изгибом. Варьируя количество слоев той или иной ориентации и меняя угол qi, можно в известном смысле оптимизировать конструкцию, выбирая же- [c.709]

Рассмотрим композит, армированный упорядоченной системой параллельных волокон, расположение которых показано на рис. 7. Идея метода состоит в специальном разложении перемещений внутри типичной ячейки композита изображенной на рис. 8. В локальной системе координат (г, в) эти разложения имеют следующий вид [c.375]

Приближенные теории, описывающие механическое поведение направленно армированных композитов, основаны на предположении о том, что отношение характерного размера структуры к характерному размеру неоднородности деформации много меньше единицы. В последние годы появились асимптотические методы исследования, с самого начала в явном виде использующие малость указанного отношения. Метод, использующий непосредственно асимптотические разложения, описан в работе [13] предложенная там теория, по-видимому, применима в случае, когда композиционный материал работает как система волноводов. [c.381]

Главные особенности явления разрушения были объяснены в работе Цая и By [46] путем детального исследования таких вопросов, как определение технических параметров прочности, условия устойчивости, влияние преобразований системы координат, приложения к изучению трехмерных армированных композитов и вырожденных случаев симметрии материала. Дополнительную информацию из формулировки (5а) критерия можно получить путем анализа тех требований к поверхности прочности, которые вытекают из геометрических соображений. В соответствии с концепциями феноменологического описания ниже будут обоснованы общие математические модели, обеспечивающие достаточную гибкость и возможность упрощений на основании симметрии материала и имеющихся экспериментальных данных. Мы начнем с рассмотрения тех преимуществ, которые имеет формулировка критерия в виде (5а) по сравнению с другими формулировками, использующими уравнения вида (1) или [c.412]

Поскольку в волокнистых композитах поверхность раздела является границей физически, химически и механически не совместимых фаз, необходимо знать, какой вклад она вносит в прочность композита. Аналитические модели в предположении совершенной поверхности раздела позволяют просто рассчитать механические свойства. В действительности же может происходить (и часто происходит) потеря стабильности [58, гл. 3]. Поэтому в следующих разделах основное внимание будет уделено анализу свойств хорошо изученных волокнистых композитов. Наиболее детально изучена система алюминий—нержавеющая сталь кроме того, будут рассмотрены системы, армированные волокнами бора и вольфрамовой проволокой. Там, где это возможно, применимость идеализированных моделей к реальным системам будет оцениваться с помощью микроструктурного анализа. [c.238]

Армированные композиты с металлической матрицей часто разрабатываются следующим образом сначала изготовляется новый композит, а затем испытывается образец полученного материала. Однако такой способ бывает чреват разочарованием, поскольку получаемые свойства редко соответствуют предсказанным теоретически. Затем появляются трудности, связанные с необходимостью оптимизации большого числа параметров технологии изготовления композитов. Именно в связи с этим представляется важным описанный в данной главе способ оценки совместимости отдельных волокон и усов, так как в этом случае роль всех важных факторов для любой заданной системы композита можно оценить непосредственно. На примерах композитов с никелевой матрицей, упрочненных усами сапфира, нитрида кремния и углеродными волокнами, показано, что оптимизация температур и выдержек может быть достигнута при условии контроля за содержанием примесей. Эти принципы будут положены в основу оценки и выбора технологического процесса, который обеспечит получение композитов с оптимальной совместимостью упрочнителя и матрицы для каждой системы. Эта технология, возможно, будет сложнее (и дороже) тех, которые обычно применяются, но если бы удалось существенно понизить склонность упрочнителя к разрушению и дроблению, то это могло бы стать важным достижением. Сюда же относятся некоторые интересные возмол ности улучшения связи в композите путем стимулирования роста боко- [c.427]

С целью выявления структурных особенностей перекрестно армированных слоистых композитов, связанных с возможностью реализации равновесного режима разрушения матрицы и разупрочнения слоев в трансверсальном направлении благодаря сдерживающему влиянию волокон каждого соседнего слоя, исключим влияние системы нагружения и рассмотрим наиболее неблагоприятный для реализации закритической стадии деформирования случай мягкого нагружения. [c.258]

Специфика нового подхода к проблемам технологии дисперсных материалов и дисперсно —армированных композитов состоит в следующем. Реализация высоких значений дисперсности и концентрации твердых фаз в жидкой и газовых средах как весьма эффективного пути интенсификации гетерогенных процессов и повышения качества материалов связана с необходимостью решения коренного противоречия современной технологии. Суть его в том, что по мере увеличения дисперсности и объемной доли твердых фаз (и именно вследствие этого) резко возрастают упругость и прочность структур, самопроизвольно возникающих в дисперсных системах. [c.50]

Указанные принципы могут быть положены в основу интеллектуальной системы моделирования, предназначенной для исследований взаимосвязи структуры и свойств дисперсно—армированных композитов и дисперсных материалов. Программная реализация системы достигается выполнением определенного набора функций. [c.138]

Условия ортотропии. Двумерные структуры армирования при соответствующем выборе глобальной системы координат композита определяются условиями [c.42]

Определение упругих характеристик. Упругие характеристики композитов, армированных системой трех нитей, могут быть рассчитаны по двум вариантам. В первом последовательность расчета констант двухмерно-армированной среды с трансверсально-изотропной матрицей сводится к расчету контакт однонаправленной среды с ортотропной матрицей.При таком подходе происходит последовательное сглаживание неоднородности в структуре материала вследствие модификации свойства матрицы. Условия совместной работы компонентов трехмерно-армированного материала сводятся к условиям деформирования однонаправленной структуры с анизотропной матрицей. Во втором варианте расчетная модель материала представляется слоистой средой [9], составленной из ортогонально армированных слоев, упругие характеристики которых определяются с учетом коэффициентов армирования всего материала. Соединение слоев осуществляется по принципу приравнивания деформаций в плоскости, параллельной слоям, и равенства напряжений в плоскости, перпендикулярной к слоям. Оба варианта предусматривают модификацию свойств матрицы за счет устранения одного из направлений армирования перпендикулярно плоекости слоя. [c.284]

Имея разложения (38) — (39), вычисляем энергию деформации и кинетическую энергию для каждой отдельной ячейки. Последующее осреднение по ячейке дает среднюю энергию, полностью определяемую своим значением в центре волокна. После этого осуществляется завершающий этап перехода от системы дискретных ячеек к однородной континуальной модели, который состоит во введении полей кинематических и динамических переменных, непрерывных по всем координатам. Значения этих переменных на средних линиях волокон совпадают со значениями соответствующих параметров, вычисленными для системы дискретных ячеек. Следовательно, кинетическую энергию и энергию деформации, подсчитываемые так, как это описано выше, можно интерпретировать как плотности энергий для вновь введенной непрерывной и однородной среды. Плотность энергии деформации содержит не только члены, зависящие от эффективных модулей, но и члены, зависящие от некоторых констант, включающих характеристики как физических, так и геометрических свойств компонентов композита (т. е. от эффективных жесткостей ). Этим и объясняется название теории — теория эффективных жесткостей . Определяющие уравнения этой теории были получены при помощи принципа Гамильтона в совокупности с условиями непрерывности и с использованием множителей Лагранжа. Аналогичная теория для композитов, армированных упорядоченной системой прямоугольных волокон, была разработана Бартоломью и Торвиком [11]. [c.377]

В рассмотренном выше изложении неупругого поведения, присущего композитам, многие важные темы опущены. Среди них уменьшение эффективности использования композитов, армированных волокнами, при создании элементов конструкций, нагрул аемых плоской или пространственной системой сил, по сравнению с обычными конструкционными материалами. Потери вызваны уменьшением доли волокон по сравнению с максимальной, которая может быть достигнута на однонаправленном материале. Прочность композита, армированного в плоскости или в пространстве, уменьшается минимум в два раза из-за того, что волокна в отличие от традиционных материалов могут воспринимать нагрузку только в одном направлении. [c.29]

Рис. 1.3. При.меры представительных элементов гибридных композитов о — ортогональное сечеиие композита, армированного регулярной (двоякопериодической) системой волокон двух сортов (бороуглепластки) б — то же в случае нерегулярной упаковки волокон в — сечение композита, армироваииого статистически однородными системами гранул и монокристаллов

Работы последних лет, направленные на устранение недостатков, присущих композитам с традиционной схемой армирования, привели к созданию материалов, свободных от этих недостатков. Изучены и описаны конструкционные особенности боро- и углепластиков с традиционной структурой армирования и прострэнственно-сши-тых материалов, армированных системой двух или трех нитей, а также на основе вискеризованных волокон. [c.12]

В предыдущем разделе рассматривались эффективные модули бесконечной среды, т. е. геометрия композита описывалась двоякопериодической системой волокон. Эта модель имеет широкую область приложений к слоистым композитам, хотя существуют композиты (например, бороэпоксидные или бороалюминиевые), в которых каждый слой армирован одним рядом ) волокон. Вопрос о том, применимы ли к таким материалам эффективные модули, соответствующие бесконечной среде, разумеется, очень важен. Может показаться, что в подобиыл [c.24]

Основные концепции континуальных теорий смесей основательно изучены в рамках современных теорий механики сплошных сред. В теориях смесей предполагается наличие двух или более сред в каждой точке пространства, поэтому общие законы сохранения для смесей сформулировать нетрудно, но практическое их применение к композиционным материалам сталкивается с определенными затруднениями, связанными с трудностями задания законов взаимодействия компонентов на основе информации об их взаимном расположении и физических характеристиках. Для слоистой среды теория смеси, в которой параметры взаимодействия компонентов были определены на основании решений некоторых простейших квазистатических задач, предложена в работе Бедфорда и Стерна [12]. Новизна теории Бедфорда и Стерна состоит в том, что допускаются различные движения компонентов смеси, причем связь между этими движениями определяется моделью взаимодействия компонентов в реальном композите. В работе Бедфорда и Стерна [13] развита общая термомеханическая теория, основанная на этой модели, а также выведена система уравнений, применимых к определенному классу армированных волокнами композитов (см. Мартин и др. [45]). [c.380]

При введении 1,5% (от массы полимера) Н-силана в типичную систему на основе каучука 5ВК и двуокиси кремния прочность и модуль упругости композита при растяжении возрастают (табл. 27). Кроме того, разогрев материала при повторном изгибании снижается примерно на 21 °С, а показатель износа на шоссе (НАР В1аск-100) значительно улучшается по сравнению с системой, не содержащей силана. Это свидетельствует о том, что свойства полученного композита аналогичны свойствам лучших систем, армированных сажей. [c.176]

У армированных стеклопластиковых цилиндров под влиянием климатических условий в зоне Панамского канала в течение от 1 до 5 лет сопротивление продавливанию со временем значительно понижается (табл. 30) [18]. После 1 года испытаний системы ERL-2256/0820 — S- стекло (HTS), ERL-2256/0820 — Е-стекло (HTS) и Giba 175/907/065 — S-стекло (HTS) подвергаются незначительной деструкции или совсем не теряют прочности. После воздействия этих климатических условий в течение трех лет прочность композита ERL-2256/0820 —S-стекло уменьшается только на 4,7%. в то время как у двух других ком позитов — на 13,2 и 17,4% соответственно. Спустя 5 лет прочность композита ERL-2256/0820 — S-стекло снижается на 14,8%, а двух других — на 26,7 и 28,5% соответственно. На основе этих данных можно сделать вывод, что связующее марки ERL-2256/0820 обладает наибольшей влагостойкостью и S-стекло более стойко к гидролизу, чем Е-стекло. [c.277]

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]

Технические постоянные упругости многослойных композитов в общем случае определяются соотношениями (1.77)—(1.80). Рассмотрим для определенности деформирование в направлении оси л . В соответствии с (1.77) модуль упругости = gl g22g 6 — ё2б)-Перекрестно армированный материал со структурой армирования [ ф] является ортотропным материалом [см. (1.73)]. Коэффициенты жесткости gii, g22, gi2, gee перекрестно армированного материала в системе координат л , у согласно (1.73) равны соответствующим жесткостям однонаправленного материала в той же системе координат g == gn, gii = 22. gvi = gi2, gee = Йш a жесткости gi6 и g e равны нулю. [c.34]

В случае растяжения однонаправленного материала под углом ф к направлению армирования композит состоит из одного слоя, повернутого на угол ф к оси х. Поэтому все жесткости gij композита в целом совпадают с соответствующими жесткостями gij однонаправленного материала в системе координат х, у gfi, = [c.34]

После определения конструкции композита - выбора компонентов и распределения их функций, приступают к решению наиболее сложной задачи изготовлению композиционного материала, вк.тючающему выбор геометрии армирования (например, различного рода плетения) и наиболее эффективного технологического метода соединения компонентов композита друг с другом (например, золь-гель методы, методы порошковой металлургии, методы осаждения-напыления и другие). Однако основная сложность заключается не в сборке отдельных компонентов композита, а в образовании между ними прочного и специфического соединения. При этом большую роль играет предварительный анализ фаничных процессов, происходящих в системе. Межфазное взаимодействие оказывает влияние на прочность связи компонентов, возможность химических реакций на границе и образование новых фаз, формируя такие характеристики композита, как термостойкость, устойчивость к действию агрессивных сред, гфочность и дру гие важные экс-штуатационные характеристики нового материала. Осуществление кон-тpOJ я не только за составом, но и за структурой требует развития теории, которая позволила бы предсказать, как будет влиять то или иное изменение на свойства композита. Когда стало расти число возможных комбинаций матрицы и армирующих волокон, а простое слоистое армирование начало уст пать место армированию сложными переплетениями, исследователи стали искать пути, позволяющие избежать чисто эмпирического подхода. Задача состоит в том, чтобы по характеристикам волокна (частиц и др.), матрицы и по их компоновке заранее предсказать поведение композита. [c.12]

КОМПОЗИТОВ обеспечивают получение широкого спектра служебных свойств. Для композитов, предназначенных для длительной высокотемпературной службы, решающими моментами при выборе являются не только достигаемые высокие механические свойства, но, главное, их стабильность в течение длительного времени при высоких температурах и нагрузках, в том числе при циклических режимах. Из этого следует, что при конструировании высокотемпературных композитов и подборе пар упрочняющая фаза—матрица большое значение приобретают не только прочность исходных составляющих композитов, их объемная доля, взаимное расположение и схема армирования, но и термическая стабильность компонентов композитов во взаимном контакте друг с другом, т. е. механическая совместимость (согласованность коэффициентов термического расширения) и физико-химическая совместимость (отсутствие интенсивного взаимодействия компонентов между собой, вызывающего деградацию структуры и свойств как армирующей фазы, так и матрицы). Из высокотемпературных интерметаллидов рассматриваются как перспективные NiAl [14], TiAl [15], фазы на основе системы Ti-Nb-Al [16], а также силициды Nb и Мо [15]. [c.214]

Управление анизотропией свойств УУКМ осуществляется путем варьирования укладкой арматуры. Выбор схемы армирования композита производят на основании данных о распределении температурных и силовых полей и характере нагружения готового изделия. Широкое распространение получили тканые системы на основе двух, трех и п нитей. Отличительной чертой тканых армирующих каркасов, образованных системой двух нитей, является наличие заданной степени искривления волокон в направлении основы, в то время как волокна утка прямолинейны. В тканых каркасах, образованных системой трех нитей, степень искривления волокон определена в трех направлениях выбранных осей координат. Изготовление тканых каркасов на основе трех и более нитей требует разработки сложного ткацкого оборудования. Более технологичные армирующие системы получают на основе прямолинейных элементов (стержней), которые изготовляются методом пултрузии. Данный метод заключается в пропитке связующим жгута волокон, формовании из него стержня заданного профиля протяжкой через фильеры и последующем отверждении. [c.230]

Волокнистые керамические композиционные материалы. Наиболее эффективным способом повышения трещиностойкости керамики является ее армирование. Известны данные о повышении уровня трещиностойкости керамических композитов, например, материала в системе Si - французской фирмы SEP Sep arbonix до 30 МПа м / , т. е. до уровня ряда промышленных алюминиевых сплавов и чугуна. Армирование имеет ряд преимуществ и по сравнению с эффектами, достигаемыми в трансформационно-упрочненных керамических материалах, поскольку эффект армирования реализуется в широком диапазоне температур. [c.255]

Основная идея конструкции панели из композита с сетчатой системой придания жесткости заключается в использовании относительно тонкой оболочки, армированной сеткой из ребер жесткости таким образом, что панель изготовляется целиком, без нарушения конструкционной стабильности (устойчивости) или возникновения перегрузки. Целесообразность использования эпоксиуглепластика при разработке таких панелей заключается в том, что СП-оболочка может иметь преимущественные направления по жесткости и твердости, а ребра жесткости могут быть сконструированы таким образом, чтобы оказаться конструктивно весьма эффективными благодаря использованию высокой доли одноосноориентированных волокон. [c.560]

Расчету эффективных модулей композита с включениями различных геометрических форм начиная с первой половины бО-х гг. посвящено значительное число работ (в основном советских и американских исследователей). В числе первых и простейших выражений для эффективных модулей композита с включениями цилиндрической формы зависимости, полученные в работах [2, 143]. Более точные результаты на базе решения задачи теории упругости для сред, армированных двоякопериодической системой параллельных изотропных цилиндрических волокон, получены Г. А. Ваниным [24]. Несколько позже подход, использованный в указанной работе, был развит на более общий случай полых волокон с покрытиями [25]. Далее приведем выражения пяти констант ионотропного волокнистого композита, полученные в упомянутых работах и использованные нами в качестве эффективных модулей исходного структурного элемента при решении частных задач рационального армирования конструкций. [c.29]

Условия монотропии. Поскольку двумерно армированные структуры реализуются, как правило, в виде тонких в направлении оси г слоистых пакетов, практический интерес представляет единственный вариант монотропии двумерно армированного композита, когда ось симметрии деформативных характеристик совпадает с осью 2 глобальной системы координат. Для такого изотропного в плоскости х, у композита имеют место следующие соотношения [c.47]

Таким образом, условия монотропии двумерно армированного композита в общем случае представляют собой систему 9 нелинейных трансцендентных уравнений относительно ф , 6и и р,и. Поскольку число неизвестных в (1.99) равно ЗЫ, то рассматриваемая система уравнений может иметь нетривиальное решение лишь для N 3. [c.48]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...