Композиты (композиционные материалы) волокнистые

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]

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]

Композиционные материалы, особенно волокнистые композиты, обладающие уникальными свойствами высокой прочности и низкой плотности, а также хорошими усталостными свойствами, могут применяться в конструкциях любого назначения. Механика композитов изучает их механическое поведение под [c.492]

Два события, имевшие место в 1963 г., послужили новым толчком для интенсивного изучения химии поверхности раздела. Одним из них явилось создание комитета по проблеме поверхности раздела в волокнистых композитах. Этот комитет должен был всесторонне изучить проблему композиционных материалов, выделить наиболее важные вопросы и сделать рекомендации по субсидированию конкретных работ. В работе комитета приняли участие представители университетов, правительства и специалисты различных отраслей промышленности. Заключение комитета (МАБ-214-М) было опубликовано в 1965 г., и его осно-вной вывод состоял в том, что фактически в течение 15 лет при разработке композиционных материалов химия поверхности раздела не принималась во внимание. [c.14]

В настоящее время, по-видимому, нет другой теории, связывающей длительную прочность композиционных материалов, изготовленных из хрупких волокон и вязкоупругой матрицы, с вязко-упругими свойствами материала матрицы. Были предложены еще две теории (будут обсуждены позднее в настоящем разделе) для оценки длительной прочности волокнистых композитов, но они [c.294]

При некоторых условиях для статически неопределимой конструкции не только при растяжении, но и при сжатии уровень нагрузок, соответствующих наступлению общей неустойчивости, может значительно превышать нагрузки, вызывающие местную неустойчивость. Гораздо более вероятно, однако, что начало общей неустойчивости в виде выпучивания опережает появление местной неустойчивости или следует сразу л<е за ней. Существенная роль матрицы в волокнистом армированном композиционном материале заключается в фиксировании волокон в слое и самих слоев в материале. Относительная легкость выпучивания отдельных волокон и слоев композита при сжатии является наиболее сильным ограничением использования армирующих волокон для усиления материала в направлении действия сжимающих нагрузок. [c.21]

Из слоистых композитов низкого давления (О—2,8 МПа) можно на месте изготавливать достаточно сложные элементы конструкций путем намотки волокна или используя препрег-лен-ту полимера (в стадии В) с волокном. Отверждение может происходить при комнатной температуре без приложения давления. Волокнистые композиционные материалы с металлической матрицей получают как из исходных элементов, так и из полуфабриката в виде ленты. [c.72]

Основные виды композитов на основе металлической матрицы включают волокнистые, дисперсно-упрочненные, псевдосплавы, а также эвтектические. В качестве матриц для металлических композиционных материалов наиболее широко используются алюминий, магний, титан, никель, кобальт. [c.105]

При разработке промышленных композиционных материалов следует ориентироваться на средние физико-механические показатели, приведенные в табл. 26.6 для композитов на основе стекловолокна и полиэфира. Прочность и модуль упругости композитов меняется в основном линейно с содержанием стекловолокнистого (или гибридного волокнистого) наполнителя. Подобные параметры для стекловолокнистых композитов представляют обычно в виде таблицы с указанием цены, массы, формуемости и качества поверхности изделий. Такие величины для основных видов АП можно найти в гл. 7. [c.501]

Исследуются условия устойчивости закритического деформирования для элементов структуры гранулированных, слоистых и волокнистых композитов. Для слоисто-волокнистых материалов выводятся аналитические зависимости, позволяющие определить допустимый диапазон углов армирования. Обеспечение подобных условий связано с равновесным протеканием процессов накопления повреждений в структурных элементах и рассматривается как возможность повышения прочности и живучести композиционных материалов и конструкций. [c.246]

Построенная в гл. 4 диаграмма структурных состояний компонентов дисперсно —армированных композиционных материалов (см. рис. 4.1) может быть применена и к волокнистым композитам, если рассматривать распределение наполнителя в сечении, перпендикулярном к волокнам. [c.173]

Для композиционных волокнистых материалов существует несколько классификаций, в основу которых положены различные признаки, например, материаловедческий (по природе компонентов) конструктивный (по типу арматуры и ее ориентации в матрице). В рамках рассматриваемых классификаций можно выделить несколько больших групп композиционных материалов. Ниже рассматриваются композиты с полимерной матрицей (пластики) и оборудование для их производства. [c.756]

Развитие усталостного разрушения волокнистых композиционных материалов существенно зависит от объемных долей армирующих волокон. При малых долях волокон разрушение на микроструктурном уровне начинается с возникновения усталостных трещин в матрице, и далее развитие процесса разрушения зависит от того, насколько эффективно волокна и границы раздела между компонентами способствуют торможению, отклонению и задержке микротрещин [105]. В этих случаях усталостное разрушение развивается одинаково и в композитах с хрупкими волокнами (алюминий-бор), и в композитах с пластичными волокнами (алюминий-сталь). [c.28]

Увеличение масштабов применения металлических композитов, армированных высокомодульными волокнами, требует разработки разнообразных технологических методов обработки и получения изделий из них. В настоящее время, по-видимому, нельзя категорично судить о преимуществах или недостатках тех или иных методов получения изделий из волокнистых композиционных материалов, в этом плане существенный интерес представляют попытки применения методов обработки давлением для получения заготовок или изделий из листового бороалюминия, материала, находящего все большее применение в конструкциях летательных аппаратов [70]. [c.254]

Б композиционных материалах, упрочненных частицами, матрица по своей важности играет промежуточную роль между двумя другими классами композиций. Если в дисперсно-упрочненных материалах матрица несет основную нагрузку, в волокнистых композитах передает ее на армирующие волокна, то при упрочнении частицами нагрузка распределяется между матрицей и частицами. Расстояния между упрочняющими частицами в таких материалах меньше их размера. Типичными представителями такого класса композитов являются твердые сплавы, представляющие собой тугоплавкие карбиды в металлической матрице. [c.189]

Структурные схемы пространственно армированных композитов. Зависимость свойств углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ), как и других волокнистых композитов, от расположения (ориентации) волокнистых армирующих элементов (арматуры) делает решение вопроса оптимального выбора типа и схемы армирования одним из основных при разработке деталей различного назначения. [c.64]

Механические свойства волокнистых композиционных материалов определяются тремя основными параметрами высокой прочностью армирующих волокон, жесткостью матрицы и прочностью связи на границе матрица—волокно. Именно соотношение этих параметров определяет весь комплекс механических свойств и механизм разрушения композита. Его работоспособность, надежность и долговечность зависят от правильности выбора исходных компонентов и технологии формирования изделия. Здесь уместно заметить, что не всегда достижение высоких механических показателей композита может так же благотворно влиять и на другие эксплуатационные свойства. В частности, для изделий, эксплуатируемых в контакте с агрессивными средами, когда требуются помимо высокой прочности и жесткости конструкции химическая стойкость и непроницаемость, приходится [c.114]

В отличие от волокнистых композитов в дисперсно-упрочненных композиционных материалах матрица является основным элементом, несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят движение в ней дислокаций и тем повышают ее сопротивление деформации. Высокая прочность достигается при размере частиц 10—500 нм при среднем расстоянии между ними 100— 500 нм и равномерном распределении их в матрице. Прочность и жаропрочность в зависимости от объемного содержания упрочняющих фаз не подчиняются закону аддитивности. Оптимальное содержание второй фазы для различных металлов неодинаково, но обычно не превышает 5—10 % (объемн.). [c.300]

Книга посвящена рассмотрению результатов изучения поверхности раздела упрочнитель — полимерная матрица в композиционных материалах волокнистого строения. В ней подробно обсуждаются проблемы, которые были только затронуты в книге Современные композиционные материалы . Среди них такие, как химия поверхности армирующих волокон, природа связи на поверхности раздела, роль различных обработок поверхности волокон (в основном силановыми аппретами) в формировании границы раздела полимер — минеральные волокна, механизм передачи напряжений через поверхность раздела, влияние начальных термических напряжений на механические свойства композитов, стабильность композитов при воздействии влаги. [c.5]

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]

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]

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 настоящей главе была сделана попытка дать сводку результатов, полученных в различных экспериментальных и теоретических работах по волнам и колебаниям, возникающим в направленно армированных композитах, для случая малых деформаций и линейных определяющих уравнений. Эта попытка представляется своевременной, так как за последние годы достигнуты значительные успехи в понимании особенностей линейного динамического поведения композиционных материалов. Линейная теория с ее точными результатами для слоистой среды и различными хорошо обоснованными приближенными подходами к описанию как слоистых, так и волокнистых композитов в настоящее время близка к полному завершению. Этот объем теоретических сведений дополняется экспериментальной проверкой результатов, относящихся к распространению сину-соида льных волн и импульсных возмущений. Следует отметить, однако, что необходимость проведения дальнейших экспериментальных исследований все еще остается важной. Многое еще предстоит сделать и в решении задач с нестационарными волнами, в особенности в определении локальных значений полевых переменных, таких, как напряжения на поверхности раздела фаз и динамическая концентрация напряжений. [c.388]

Число статей на эту тему (для однонаправленных волокнистых композитов) довольно невелико. Часть из них посвящена только экспериментальным наблюдениям, т. е. выясняется, зависит ли прочность от скорости или нет. Другие пытаются объяснить механизм разрушения при низкой и высокой скоростях деформации. Большинство работ выполнено в такой области скоростей деформаций, которая обычно свойственна стандартным испытательным машинам и обычно перекрывает четыре порядка скоростей (например, от 2-10" до 2 мин" ). Следующая область скоростей, которая до некоторой степени была исследована,— это уже область удара (представлена в следующем разделе), соответствующая скоростям деформации от 10 до 10 мин . Таким образом, остается пробел в описании механического поведения композиционных материалов. [c.316]

Усталостная прочность волокнистых композитов — это свойство композиции, зависящее от комбинации свойств компонентов и поверхности раздела между ними. В результате этого композиционные материалы могут быть сконструированы для работы в условиях циклических нагрузок, во-первых, за счет выбора волокон и матрицы, имеющих подходящие свойства, и, во-вторых, за счет конструирования и контроля металлургической структуры поверхностей раздела. Последние данные указывают на то, что усталостную прочность современных бороалюминиевых композитов, например, можно существенно улучшить за счет контроля микроструктур поверхностей раздела. [c.437]

В ИМАЫ АН СССР разработаны универсальные алгоритмы и программы оптимизации элементов конструкций из многослойных разно-ориентированных волокнистых композитов, поскольку технологическая возможность изменения числа слоев и их ориентации позволяет оптимально проектировать макростроение материала для заданных условий нагружения и функционального назначения элемента конструкции. Использование разработанных универсальных программ для ЭВМ при оптимизации по массе высоконагруженных элементов конструкций из композиционных материалов приводит к снижению их массы на 20—3(У% по сравнению с металлическим вариантом конструкции. [c.18]

Композиционные материалы с металлической матрицей (металло-композиты) — материалы, состоящие из металлической (чаше А1, Mg, Ni и их сплавы) матрицы, упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тугоплавкими тонкодисперсными частицами, не растворяюш имися в металле матрицы (дисперсно-упрочнен- [c.232]

Требования снижения металлоемкости конструкций при одновременном повышении прочности и надежности обусловливают разработку новых конструкционных материалов, среди которых необходимо выделить композиционные материалы с металлической матрицей. Учитывая широкое использование данного класса материалов при создании конструкций транспортного и химического машиностроения, ракетно-авиационной и космической техники, исследование процессов их разрушения представляет собой важную задачу механики конструкционного материаловедения. В ряду композитов с металлической матрицей особое место занимает бороалюминий — материал на основе алюминия, упрочненного волокнами бора. Бороалюминиевый волокнистый композиционный материал (ВКМ) обладает высокими удельными показателями прочности и жесткости, высокой стабильностью механических характеристик при повышенных температурах. Благодаря уникальным свойствам данного материала, его используют в несущих конструкциях космических аппаратов и авиационной техники [1, 2]. [c.224]

Разрушения бороалюминиевого композита с дефектами типа трещин, перпендикулярных направлению армирования, принципиально различаются при ииклическом и статическом нагружении за счет образования расслоений, направление которых совпадает с направлением армирования. Развитие повреждений по типу расслоения является одним из основных факторов, ограничивающих время эксплуатации конструкций из волокнистых композиционных материалов [29]. Поскольку расслоения могут возникать и развиваться при нагрузках значительно меньше статических предельных, знание параметров циклической трешиностойкости элемента, содержащего дефекты типа расслоений, является одним из необходимых условий для установления срока эксплуатации конструкции и назначения времени периодического контроля. [c.249]

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]

В седьмой главе рассмотрены вопросы математического моделирования процессов микро- и макроразрушения зернистых и волокнистых композиционных материалов. В рамках нелинейных моделей микромеханики композитов обоснована осуществимость закритиче-ского состояния материала, соответствующего ниспадающей ветви диаграммы деформирования и связанного с процессами структурного разрушения и трещинообразования. [c.11]

Ниспадающая ветвь графика деформационной зависимости при испытаниях металлических образцов является отражением, большей ча стью, равновесного прорастания магистральной трещины [120]. В oi> дельных случаях это справедливо и для композитов [349, 361]. Вместе с тем, если прочностные и деформационные свойства элементов структуры неоднородной среды существенно отличаются, что характерно для болыш1нства композиционных материалов, то формировал ния выраженной макротрещины может не происходить. Однако развитое дискретное рассеянное разрушение слабых элементов и в этом случае приводит к спаду на диаграмме [357]. Хаотичность включений обеспечивает последовательность возникновения зон разрушения в отдаленных друг от друга частях неоднородной среды, что создает преграду для локализации деформаций и позволяет с использованием вероятностных подходов определять связи между средним напряжением и средней деформацией [125]. Определенная структурная неоднородность обеспечивает преим]гщественный вид деформации, отличный от локализованного. В частности, для тел волокнистой структуры ниспадающий участок диаграммы возникает в результате последовзг тельного обрыва неравнопрочных волокон [124]. Характер процесса разрушения неоднородных сред существенно зависит от хаотичности в расположении и степени разброса свойств элементов структуры, поэтому статистические характеристики прочности этих элементов во многом предопределяют параметры ниспадающей ветви, в частности, ее наклон, который отражает склонность материала к хрупкому разрушению. [c.26]

Как ВИДИМ, теоретически обоснованная возможность реалюации устойчивого закритического деформирования в злементах структуры композиционных материалов в данном случае с учетом неоднородности полей микронапряжений подтверждается результатами численного моделирования для волокнистых композитов. Результаты расчетов свидетельствуют, что области разупрочнения могут охватывать достаточно большую долю материала матрицы. [c.263]

В работах [39, 40] с помощью данных методов решены периодические краевые задачи механики композитов с дисперсными включениями, короткими волокнами и пластинчатыми частицами. В монографии [41] на основе метода конечных элементов развит метод локальных приближений, позволивший определить толщину переходного слоя, окружающего частицу наполнителя. Метод конечных элементов использовался в [1] для определения модулей упругости и анализа распределения напряжений в ортогонально армированных волокнистых композитах. Методы имитационного моделирования на ЭВМ процессов разрушения композиционных материалов на макро— и мик — роструктурном уровнях рассмотрены в [42]. Чрезвычайно [c.20]

В книге излагаются на современном уровне теоретической строгости наиболее принципиалы1ые вопросы механики разрушения композитов закономерности развития и торможения трещин, армирование упругих тел сингулярными злементами, оптималыюе проектирование композиционных материалов. Рассмотрены волокнистые и многослойные материалы, а также сингулярно-армированные элементы конструкций. [c.2]

Однонаправленные волокнистые композиты являются важным конструктивным элементом многих современных композиционных материалов. Сопротивление их растяжению часто решает вопрос о применении их в той или иной конструкции. При этом по разным технологическим обстоятельствам совершенно неизбежен обрыв отдельных нитей задолго до разрушения всего образца. Например, в стеклопластиках обрывы замечены уже при нагрузках, составляющих лишь 1/10 от предельных. В настоящем параграфе вначале рассматривается растяжение бесконечного упругого пространства с инородным упругим цилиндром, имеюшзйм сквозную щель (обрыв) вводится представление о зоне влияния обрыва и определяется его радиус. Это представление позволяет дать простой ответ на вопрос об оптимальной укладке нитей, а также дать простую оценку нижней границы объемной доли волокон, для которой разрушение композита будет идеально вязким, так что влиянием обрывов нитей можно пренебречь. [c.66]

Полученные формулы, связывающие основные микро- и макроконстанты разрушения и деформирования композита, позволяют использовать их также для оптимального конструирования волокнистых композиционных материалов. [c.89]

Большинство современных высокопрочных композиционных материалов имеют волокнистую или слоисто-волокнистую структуру. Их поведение в процессе разрушения существенно отличается от поведения традиционных конструкционных материалов, применительно к которым развита механика разрушения. Для композиционных материалов характерно наличие двух и большего числа структурных параметров, имеющих размерность длины, а также двух и большего числа качественно различных механизмов разрушения па уровне структурных элементов, поэтому возможности применения классической (линейной) механики разрушения к этим материалам ограничены. Это признают даже те экспериментаторы, которые получают на опыте подтверждение зависимости Гриффитса—Ирвина и используют понятие критического коэффициента интенсивности напряжений в качестве меры трещиностойкости однонаправленных композитов. Для преодоления указанных трудностей необходимо либо дать формальное многопараметрическое обобщение линейной механики разрушения, либо развить структурные модели, учитывающие особенности поведения композитов. [c.149]

Объектами исследования в монографии являются композиционные материалы, состоящие из металлических матриц и высокопрочных неорганических волокон. Исследуются процессы разрушения бороалюминия, углеалюминия, процессы ползучести и разрушения эвтектических направленно кристаллизованных композитов и процессы усталостного разрушения слоистых композитов. Предлагаемый подход может быть применен и при исследовании волокнистых композитов с полимерной матрицей, перспективных керамических композитов, разнообразных поливолокнистых гибридных композиционных материалов. [c.9]

Ползз есть композиционных материалов с дискретными и непрерывными волокнами. Вопросам ползучести волокнистых композитов посвящено немало экспериментальных и теоретических работ [92]. Наибольшую сложность представляет прогнозирование кривых ползучести композитов с дискретными волокнами в силу необходимости учета неоднородности напряженного состояния, возникающего в областях концевых участков дискретных волокон. Решались эти задачи, как правило, с использованием одномерных приближений. Например, в работе [92] рассчитывалось перераспределение напряжений в дискретном волокне в процессе ползучести матрицы (см. гл. 2, разд. 1) и учитывались статистические аспекты при оценке времени до разрушения композита (см. гл. 1, разд. 4). [c.209]

Для композиционных волокнистых материалов существует несколько классификаций, в основу которых положены различные признаки, например, материаловедческий ( о природе компонентов) конструктивный (по типу арматуры и ее ориентации в матрице). В рамках рассматриваемых классификаций можно выделить несколько больших групп композиционных материалов. К таким группам следует отнести композиты с полимерной матрицей (пластики), композиты с металлической матрицей (металло-компознты), композиты с керамической матрицей и матрицей из угле рода. [c.12]

Если какие-либо два главных значения тензора к совпадают (например, к = Я.у), то в плоскости, содержащей соответствующие оси (в плоскости XOY), и плоскостях, параллельных ей, материал является изотропным и выбор ориентации этих осей может быть произвольным. Такие материалы называют трансверсально изотропными (по отношению к фиксированной оси Z). К ним относятся слоистые композиционные термоизоляторы при условии, что в плоскости каждого слоя теплопроводность не зависит от направления волокнистые термоизоляторы с преимущественной ориентацией волокон в одном направлении (например, дерево или армированные однонаправленным волокном композиты), или наоборот, с хаотической ориентацией волокон, расположенных в параллельных плоскостях кристаллические теплоизоляторы с преимущественной ориен- [c.13]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...