Волокнистые композиты

Предельные значения коэффициентов армирования волокнистых композитов с пространственной структурой. — Механика композитных материалов, 1984, № 5, с. 784—790. [c.219]

Б. Границы эффективных модулей для волокнистых композитов 8. [c.61]

Так как волокнистые композиты используются наиболее часто, следует остановиться на их составных частях. Чаще всего употребляются стеклянные, борные (с вольфрамовой сердцевиной) и углеродистые (графитовые) волокна. Стеклянные волокна обычно имеют круговое поперечное сечение. Поперечные сечения борных волокон тоже круговые, но с неровными краями (как у кукурузного початка). Графитовые волокна могут обладать поперечными сечениями либо круговой, либо крайне нерегулярной формы в зависимости от способа их изготовления. [c.64]

В качестве матрицы используются и полимеры, и металлы. Из полимерных смол применяются эпоксидные и полиамидные группы, а из металлов — алюминий и никель. Выбор матрицы зависит от применения композита. Например, волокнистые композиты на основе эпоксидной смолы хорошо работают при низких температурах, а композиты с металлической матрицей — при высоких температурах. [c.64]

Для частного случая фаз с равными модулями сдвига получены точные значения модуля объемного сжатия для гранулированных композитов и модуля объемного сжатия, соответствующего дилатации в плоскости, перпендикулярной волокнам, для волокнистых композитов при произвольной геометрии фаз. Эти результаты приведены в разд. II, В. Если задаться геометрией фаз, то можно установить микроскопическое распределение напряжений. Так, получено точное решение для поперечных микронапряжений в волокнистых композитах, моделируемых произвольной укладкой круговых включений в неограниченной матрице. [c.66]

Обширная литература, относящаяся к волокнистым композитам, моделированным регулярной укладкой одинаковых параллельных волокон в неограниченной матрице, обсуждается в разд. V. [c.67]

Статистические методы нахождения эффективных модулей предлагаются в разд. VI. При этом приводится подробный вывод основных уравнений и указываются приближения, при которых можно решить эти уравнения. Выписываются и обсуждаются результаты для гранулированных композитов. Для волокнистых композитов подобные результаты не приводятся из-за их сложности и громоздкости. [c.67]

Равенства (10) и (II) выражают эффективные упругие свойства композитов. Так как коэффициенты и не известны заранее, приведенные выше результаты имеют ограниченное практическое значение они дают эффективные упругие модули композитов лишь тогда, когда можно каким-либо способом оценить величины и Возможны различные аппроксимации коэффициентов концентрации средних напряжений, и деформаций простейшие из них приводятся в разд. III для. гранулированных и волокнистых композитов с изотропными фазами. [c.70]

Хилл [86] провел аналогичные вычисления для волокнистых композитов. В своей работе он предположил, что и фазы, и весь композит являются трансверсально изотропными. Результаты его вычислений можно найти в указанной работе. [c.72]

Для волокнистых композитов Хилл [86] дает следующие выражения [c.72]

Анализ решения (25) показывает, что произвольное расположение волокон дает распределение напряжений, аналогичное изображенным на рис. 4—6 [137]. Это оправдывает допущения регулярности расположения волокон, принимаемые некоторыми авторами (см. разд. V). Следует отметить, что только в этом случае можно получить простые и точные аналитические выражения для реальных волокнистых композитов. Хотя в принципе можно построить аналитические решения и без предположения [c.76]

Точные соотношения для реальных композиционных материалов (за исключением слоистых композитов, о которых шла речь в гл. 2) исчерпываются результатами, приведенными в предыдущем разделе. Для того чтобы получить дополнительную полезную информацию, нужно, очевидно, использовать какие-то иные методы. Одним из них является оценка коэффициентов концентрации эффективных напряжений и деформаций, необходимых при использовании формул (10) и (И). В существующей литературе предлагались различные такие оценки для гранулированных и волокнистых композитов. Ниже приводятся некоторые из них. [c.77]

Модели, предлагаемые для определения коэффициентов концентрации средних напряжений и деформаций, а следовательно, и эффективных модулей волокнистых композитов, по существу, таковы же, как для гранулированных композитов. Однако анализ таких композитов сложнее, ибо они имеют большее число эффективных упругих модулей (предполагается трансверсальная анизотропия). Поэтому здесь приводятся только окончательные результаты исследований. Ради удобства эффективные модули снабжаются индексами L и Т. Индекс L относится к модулю Юнга вдоль волокон, а индекс Т к модулю поперек волокон. Индексы модуля сдвига р, определяют плоскость, в которой происходит сдвиг. Например, — эффективный модуль сдвига для деформаций в плоскости, перпендикулярной волокнам. Величина отрицательное отношение поперечной деформации к продольной при растяжении в продольном (поперечном) направлении. (Некоторые авторы дают разные определения величины v. p, поэтому читателю надо быть осторожным.) Коэффициенты Пуассона модули Юнга связаны соотношением [c.79]

Можно сразу отбросить некоторые неподходящие оценки, получив границы для значений эффективных модулей при помощи вариационных принципов. Для гранулированных композитов такие границы будут найдены в разд. IV, А, а для волокнистых композитов — в разд. IV, Б. [c.81]

Результаты для волокнистых композитов здесь не приводятся. Достаточно указать, что они основываются на предположении о малости флуктуаций свойств фаз. [c.89]

Наконец, практически не исследовано поведение композитов под действием быстроменяющегося поля макроскопических напряжений. Так как большинство волокнистых композитов содержит сравнительно малое число волокон по толщине образца, можно ожидать, что поля макроскопических напряжений не будут однородными в представительном объеме, т. е. предположение, положенное в основу всех теорий, обсуждаемых в этой главе, может оказаться невыполненным. Исследование действия быстроменяющегося поля макроскопических напряжений помогло бы определить, верны ли результаты, основанные на концепции представительного объема. Кроме того, зная истинное распределение напряжений в композите под действием быстроменяющегося поля макроскопических напряжений, можно было бы понять некоторые странные явления в поведении композиционных материалов. [c.93]

Для волокнистых композитов коэффициент теплового расширения вдоль волокон а по Левину [107] определяется из соотношения < /< )- )/< ) = [c.95]

Хотя в предшествующих разделах основное внимание уделялось линейному поведению материалов и конструкций, в разд. V, БД был обнаружен нелинейный отклик при циклических нагружениях волокнистых композитов. В этом случае наблюдаемые в экспериментах коэффициенты затухания оказались больше вычисленных по линейной теории кроме того, они менялись со временем при достаточно высоком уровне деформаций. Там же было высказано предположение, что возможным источником многих или даже всех нелинейных эффектов является существование и рост микротрещин внутри материала. " " [c.184]

Общие явления, которые мы будем называть микроструктур-ными повреждениями, в частности наличие и рост трещин, часто являются основными источниками нелинейного поведения гранулированных и волокнистых композитов. Далее, в результате высоких концентраций напряжений вблизи армирующих частиц и волокон, а также на их поверхности эти повреждения и вытекающая отсюда нелинейность могут оказаться значительными при сравнительно малых (по сравнению с предельными значениями) напряжениях или деформациях в целом. [c.184]

Конечные деформации идеальных волокнистых композитов [c.287]

Другой возможный механизм разрушения композита состоит в следующем. При существующей технологии изготовления волокнистых композитов нельзя быть уверенным в том, что волокна распределятся в матрице равномерно. Всегда возможны образования, подобные показанным схематически на рис. 20.6.3. Несколько волокон оказываются плотно сомкнутыми между собою, образуя цепочку длиной с. Если разорвется одно В1элокно [c.701]

В данном томе излагаются методы определения характеристик материала по характеристикам его компонентов (теория эффективных модулей), анализируется линейно упругое, вязкоупругое и упругопластическое поведение композ1Щионных материалов, рассматриваются конечные деформации идеальных волокнистых композитов, описывается применение статистических теорий для определения свойств неоднородных материалов. Далее приводятся решения задач о колебаниях в слоистых композитах и о распространении в них воли, критерии разрушения анизотропных сред, описание исследования композиционных материалов методом фотоупругости. [c.4]

Композиты, армированные такими элементами, у которых все размеры являются величинами одного порядка, называются гранулированными ). Материалы, которые можно отнести к гранулированным композитам, разнообразны по своей природе от дисперсионно-упрочненных сплавов и синтетических пенопластов до облученных нейтронами металлов, имеющих дисперсные вакансии. Поликристаллические 1ела также можно отнести к этому классу, считая, что их матрица имеет нулевой объем. Несмотря на то что в настоящее время основное внимание уделяется волокнистым композитам, гранулированные композиты занимают несколько особое положение именно для них были впервые разработаны аналитические методы. [c.63]

До сих пор большая часть исследований композиционных материалов относилась к волокнистым композитам, среди которых различаются два главных типа композиты с непрерывными волокнами и композиты с короткими (разорванными) волокнами. В свою очередь, в первом из указанных типов длинные волокна могут быть либо расположены строго параллельно друг другу, либо сплетены в ткань, пропитанную полимерным связующим. Поскольку в процессе сплетения возможны повреждения волокон и композит получается более низкого качества, здесь основное внимание будет уделено однонаправленным волокнистым композитам. [c.63]

Границы эффективных модулей для волокнистых композитов были найдены почти одновременно Хиллом, Хашином п Розеном (Хилл [86], Хашин и Розен [73], Хашин [68, 69, 72]). Так как их выводы слишком громоздки, здесь приводятся только результаты, полученные в работе [72] [c.83]

Систематическое исследование волокнистых композитов с применением двоякопериодических функций можно найти в работе Куршина и Фильштинского [104]. Они рассмотрели задачу [c.85]

Результаты для волокнистых композитов получены при допущении, что волокна являются цилиндрическими и строго параллельными. Предпринимались попытки ослабить это допущение. Бажант [6], Носарев [124] и Тарнопольский с соавторами [143] предположили, что волокна слегка изогнуты. Их анализ показал, что продольный модуль Юнга вдоль волокон существенно зависит от искривления волокон. Незначительное искривление волокон может привести к уменьшению модуля Юнга на 10%. Уитни [166] получил аналогичные результаты для скрученных волокон в случае сжатия. [c.90]

Уравнение (31) с точностью до погрешностей эксперимента подтвердилось опытами Халпина и Пагано [42] с армированной найлоновыми волокнами резиной, для которой жесткость в продольном направлении (вдоль волокон) во много раз превышает поперечную жесткость, и о пытами Лоу и Шепери [63] со стеклоэпоксидными волокнистыми композитами. [c.112]

Проведенные выше рассуждения можно применить к эффективным коэффициентам теплового расширения термореологически простых материалов. Рассмотрим, например, полученное Шепери [88] выражение для коэффициента линейного расширения вдоль волокон двухфазного однонаправленного волокнистого композита [c.160]

Покажем теперь, как проведенный выше анализ может быть применен к решению задачи для упругой кохмпозиционной среды. Для доказательства мы используем теорию эффективной жесткости Геррмана и Ахенбаха [53], в которой приближенным энергетическим методохм выводятся дифференциальные уравнения, учитывающие особенности структуры слоистых и волокнистых композитов. Рассмотрим, в частности, однонаправленный двухфазный композит, в котором поперечные волны распространяются в направлении волокон (скажем, в направлении оси х). Предполагается, что решение имеет вид [c.179]

Опубликовано много других примеров использования свободных колебаний и элементарной теории для определения комплексных характеристик монолитных и композиционных материалов. Так, Шрагер и Кери [99] применили крутильные колебания для изучения влияния температуры на характеристики бороэпоксидных волокнистых композитов, а Сираковски с соавторами [105] использовали свободные и вынужденные колебания консольных балок из армированного частицами алюминия [c.181]

В заключение коснемся работы Хегемира [52], в которой детально изучались стационарные и нестационарные колебания в слоистых и волокнистых композитах. В этой работе основное внимание уделяется анализу явлений рассеяния в упругих материалах, однако приводится и решение для нестационарных волн в вязкоупругих слоистых композитах, распространяющихся перпендикулярно слоям. Это решение было получено при помощи принципа соответствия и обращения преобразования Лапласа. [c.182]

Рис. 19. Кривые ползучести и упругого последействия для однонаправленных стеклоэпоксидных волокнистых композитов при 6 = 30°, температуре 73 1 °С и влажности 21 1%. Для случая (1) показаны теоретические результаты, полученные методом суперпозиции (косые крестики) и следующие из нелинейной теории (темные кружки). По оси абсцисс — время в часах, по оси ординат — деформация в процентах, значения напряжений в правой части рисунка указаны в фунт/дюйм . По данным работы [63].

Теория Ферриса для гранулированных композитов была использована при решении плоских задач методом конечных элементов [28]. Однако теории, описывающей нелинейное поведение вязкоупругих волокнистых композитов, по-видимому, не [c.189]

Итак, три основные гипотезы, упомянутые выше, состоят в следующем во-первых, волокна распределены непрерывно-, во-вторых, волокна являются нерастяжимыми в третьих, композит в целом несжимаем. Малхерн и др. [22] использовали эти же гипотезы в своей теории, предназначенной для описания армированных волокнами пластических материалов. Все математические модели, основанные на этих трех предположениях, мы называем идеальными волокнистыми композитами независимо от того, является ли их поведение упругим, пластическим, вязкоупругим или каким-либо еще. Пипкин и Роджерс [26] показали, что многие особенности механического поведения подобных материалов не зависят от вида связи напряжений с деформациями. В настоящем обзоре мы сосредоточиваем наше внимание именно на таких общих характерных чертах. [c.289]

Из-за ограничений типа нерастяжимости и несл<имаемости краевые задачи для идеальных волокнистых композитов ставятся иначе, чем при отсутствии ограничений, а их решения обладают некоторыми необычными свойствами. Для того чтобы исследовать эти свойства в возможно более простом случае, в настоящем разделе мы рассматриваем бесконечно малые плоские деформации материалов, армированных первоначально прямолинейными параллельными волокнами. Помимо всего прочего, оказывается, что поле напряжений в идеальном волокнистом материале может иметь особенности типа дельта-функции Дирака, соответствующие приложенным к отдельным волокнам [c.291]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...