Композиты (композиционные материалы) слоистые

Значительные успехи достигнуты в изучении динамического поведения композиционных материалов. Здесь выявлены интересные эффекты, возникающие, например, в слоистых композитах. Эти вопросы рассмотрены в главе 8. [c.7]

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]

При обозначении схем армирования углы отсчитываются от направления нагружения. Запись [О°/ 0°]а означает, что рассматриваемый композит нагружается в направлении армирования слоев, обозначенных 0 . Подробное описание правил обозначения схем армирования слоистых композитов можно найти в книге Композиционные материалы , т. 3, Применение композиционных материалов в технике, Машиностроение , М., 978, — Прим. перев. [c.58]

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]

Слоистые композиционные материалы, состоящие из изотропных слоев, также привлекают внимание исследователей [7, 272, 370]. В монографии [172] приведено решение задачи прогнозирования эффективных свойств слоистых композитов с хаотически расположенными изотропными компонентами, обладающими малой физической нели- [c.18]

Поскольку неупругое поведение композиционных материалов на макроуровне является результатом сложным образом взаимосвязанных процессов деформирования и разрушения элементов структуры, то для удобства анализа рассмотрим сначала особенности только упругопластического деформирования слоистых композитов. [c.165]

Особенностью композиционных материалов является тот факт, что они могут обладать свойствами, которые ни один из их элементов структуры в отдельности не проявляет, и наоборот, на макроуровне могут быть совершенно неуловимы некоторые глубинные процессы, заметные на структурном уровне (например, особенность поведения слоистого композита, показанная на рис. 8.5). В этом проявляется свойственный композиционным материалам синергизм. Для расширения представлений об этом явлении могут оказаться полезными результаты исследования эффектов механического поведения слоистых композитов, вызванных коллективным взаимодействием структурных элементов. [c.173]

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]

Подчеркнем, что в самом общем случае отдельные слои композита могут обладать произвольной структурой, т. е. быть однородными (например, средний слой — заполнитель из пенопласта в трехслойном пакете) или армированными в N 1 различных направлениях в плоскости или пространстве, а также содержать физически различные (по исходным материалам или интенсивности армирования Цт) типы ИСЭ. Таким образом, слоистые композиты представляют собой наиболее общий и сложный класс композиционных материалов. Кроме того, в рамках структурного подхода расчет эффективных характеристик слоистого композита характеризуется важной особенностью, заключающейся в обязательном учете порядка чередования слоев в пакете. Вследствие этого в список параметров, определяющих упомянутые характеристики слоистого композита, помимо рассмотренных в 1.5—1.7 физических и структурных параметров, вообще говоря, включаются и координаты граничных поверхностей слоев гт- [c.64]

Совокупность рассмотренных представлений и сделанные предположения применимы для имитации процессов разрушения композитов с хрупкими компонентами, в частности, они используются прн моделировании на ЭВМ процессов разрушения в слоистых композиционных материалах при циклическом приложении нагрузки. [c.238]

Армированные волокном пластмассы по воспламеняемости различаются в очень широком диапазоне от легко воспламеняемых до негорючих. Относительная воспламеняемость этих материалов существенно меняется при введении антипиренов, которые или снижают скорость горения, делая пластик самозатухающим, или придают ему негорючесть. Опубликована отличная обобщающая статья [6], в которой рассмотрены различные антипирены и их влияние на свойства пластмасс. В ней приведены также рекомендации по количеству антипиренов, которое необходимо вводить в материалы для существенного снижения их горючести. Все применяемые в слоистых пластиках армирующие материалы, кроме органических волокон, обладают внутренне присущей им огнестойкостью. В зависимости от типа матрицы, в которой находится армирующий материал, волокно может положительно или отрицательно влиять на воспламеняемость композиционного пластика. Если капли расплавленной матрицы своевременно удаляются от основного источника воспламенения, то в некоторых случаях пламя может погаснуть. Присутствие армирующего материала может изменить этот процесс, удерживая основание пламени на месте и тем самым способствуя его распространению. Армирующий материал может действовать также и как преграда продвижению пламени, значительно снижая способность матрицы к загоранию. В принципе, можно ожидать, что добавление антипиренов снизит некоторые важные свойства композитов, такие как прочность и жесткость. В зависимости от того, является ли добавка пластификатором или нет, ударная прочность материала может улучшиться или ухудшиться. [c.283]

Большинство материалов имеют относительно плохую устойчивость к дождевой эрозии при контакте самолета во время полета с дождем, снегом или льдом. Скорость, угол удара, частота и масса капель определяют скорость эрозии любого композита. Увеличение прочности и стойкости к ударным нагрузкам слоистого пластика достигается изменением его состава, но в большинстве случаев его покрывают стойким к дождевой эрозии защитным слоем, способным рассеивать часто повторяемые и дискретные дозы энергии, не вызывая заметного повреждения субстрата. Сказанное в основном касается конструкций летательных аппаратов, таких как обтекатели радиолокационной антенны, подвергающиеся воздействию факторов полета с высокими скоростями, или передние кромки быстро вращающихся лопастей, например на вертолете. Для определения относительной стойкости различных покрытий [19] могут быть проведены их эмпирические исследования на испытательном оборудовании с органами управления. Система может быть также смоделирована математически, а затем проверена эмпирическими испытаниями [20]. Много информации можно почерпнуть также из литературы, где показано влияние варьирования компонентов, входящих в композиционный материал [211. [c.293]

При постановке задачи используются некоторые основные уравнения механики слоистых материалов, приведенные, например, в [172, 296], а также модель стохастических процессов структурного разрушения и тензорные феноменологические модели повреждаемости, рассмотренные в шестой и седьмой главах. Приводятся результаты численного моделирования процессов деформирования и разрушения некоторых типов композитов, показывающие, что поведение слоистого композиционного материала на макроуровне может качественно отличаться от поведения элементов структуры. Исследуются закономерности вызванных структурным разрушением процессов закритического деформирования при жестком нагружении. [c.157]

Классическая теория слоистых пластин 49 Композиты (композиционные материалы) бороалюминиевые 231, 232, 234, 426 ---бороэпоксидные 27, 32. 34, 35, 163, [c.554]

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]

Глава 1 служит введением к тому. В ней рассматриваются основные понятия микромеханики, дается определение эффективных модулей и изучается влияние количества волокон в толще одного слоя на эффективные свойства слоистого композита. В главе 2 Н. Дж. Пагано выводит точные выражения для эффективных модулей слоистых материалов. Далее он обсуждает переход от точных результатов к теории слоистых пластин и явление пограничного слоя у свободных поверхностей. Глава 3 представляет собой обзор различных подходов к вычислению эффективных упругих модулей композиционных материалов. Вязкоупругое поведение композитов обсуждается в главе 4. Кроме того, эта глава служит введением в теорию вязкоупругости. [c.11]

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]

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]

Настоящая книга является одним из 8 томов энциклопедического издания Композиционные материалы . Она содержит обзорные статьи известных зарубежных ученых по проблемам разрушения при кратковременных и длительных нагрузках. В ней рассматриваются хрупкие композиты на основе керамических и полимерных матрдц, композиты с металлической матрицей, слоистые композиты. Показано влияние различных структурных и физических параметров материалов на прочность и характер разрушения. Подробно излагаются некоторые статистические теории разрушения. [c.4]

Хотя методы аналитического определения предельных напряжений композитов имеют неоспоримое преимущество перед чисто экспериментальными методами, отсутствие уверенности в правильности использованного критерия прочности требует проведения испытаний слоистых композитов в условиях комбинированного нагружения. Аналитические критерии, предложенные Цаем, By и Шойблейном, требуют также проведения испытаний при плоском напряженном состоянии для вычисления смешанных компонент тензоров прочности. Из различных типов образцов, используемых для определения предельных напряжений композиционных материалов при комбинированном нагружении, наиболее предпочтительными являются тонкостенные трубки, нагружаемые внутренним и наружным давлением, осевой нагрузкой и кручением. [c.162]

Каждая из этих групп может быть детализирована на более узкие виды, имеющие какие-либо особенности (рис. 62). Некоторые авторы предлагают более детальную и дифференцированную классификацию. Мы будем придерживаться приведенной выше классификации как более распространенной и общей. Поскольку композиционный материал состоит, как минимум, из двух компонентов, то свойства этого композита будут в большей степени зависеть от объемно-пространственного распределения этих компонентов (за исключением слоистых композиционных материалов). Если один из компонентов существенно превосходит по объему другой и является непрерывным, то такой компонент называют матричным, а компонент, расположение которого прерывистое, принято называть упрочняющим. Профилирующее свойство обычно определяется по матричному компоненту. Однако композициониые материалы могут быть и более сложного состава — полиматричными и полиармирован-ными. Полиармированные имеют -чередующиеся две или [c.238]

Механике композиционных материалов, которые находят все большее применение в машиностроении, посвящен пятый раздел. В нем изложена макро- и мигфомеханика армированного монослоя, включая вопросы упругости, ползучести, кратковременной и длительной прочности, термоупругие и диссипативные свойства слоистых композитов, свойства конструкционных композиционных материалов. [c.16]

Композиционные материалы широко применяют для изготовления балочных элементов конструк1щй различного назначения, а высохомодульные композиты на основе углеродных и борных волокон - кроме того, для усиления металлических балок. Конструктивно они представляют собой, как правило, слоистую систему (рис. 8.9.1), включающую в общем случае слои композита, металла и податливого на сдвиг заполнителя из сот, пенопласта и др. [c.69]

Слоистые керамические композиты используют в экстремальных условиях. Компонентами этого типа композиционных материалов чаще всего являются керамика, углерод и металлы, например корунд, пиролитический графит, карбиды, оксиды, нитриды в композиции с алюминие у<, медью, титаном, никелем, кобальтом, танталом, железом. Такие материалы нашли применение в космических аппаратах для изготовления теплоизоляционных силикатных плиток из корунда, боросиликата, углеродных карборундовых ламинатов. [c.876]

Восьмая глава посвящена исследованию упругопластического деформирования и структурного разрушения слоистых композитов. Рассматривается постановка и рш1ение стохастических краевых задач в перемещениях и напряжениях для общего случгш нелинейных определяющих соотношений пластически сжимаемых и случайно чередующихся слоев с учетом разброса прочностных свойств и возможных механизмов разрушения. Граничные условия задач соответствуют произвольно заданному макроскопически однородному деформированному или напряженному состоянию композита. Моделируются многостадийные процессы деформирования и разрушения слоистых композитов. В данной главе, как и в предыдущей, закритическая стадия деформирования, проявляющаяся в разупрочнении материала, обнаруживается при решении задач как результат структурного разрушения. Это позволяет на базе использования апробированных моделей механики композитов в ходе проведения вычислительных экспериментов исследовать основные закономерности закритического деформирования композиционных материалов различной структуры. [c.12]

Материалы, составленные из чередующихся плоских слоев, обладают неоднородностью лишь в направлении, перпендикулярном слоям. Поэтому вычисление эффективных упругих констант сводится к одномерной задаче, которую удается решить точно как для периодических композитов [69], так и для композиционных материалов со случайным расположением слоев [296]. С целью прогнозирования эффективных неупругих свойств в настоящей главе дается постановка и строится решение стохастической краевой задачи упругопластического деформирования (нагружения) слоистого композита случайной структуры в произвольном макроскопически однородном иапряженно-деформиро-ванном состоянии. [c.157]

Многомерность моделей оптимизации конструкций из композиционных материалов обусловлена структурностью композитов. Поскольку свойства композита при заданных исходных материалах полностью определяются характеристиками его структуры, то очевидно, что оптимизация свойств композита как материала проектируемой конструкции сводится к оптимизации его структуры на том уровне, который соответствует принятому проектировщиком модельному представлению композита. Качественный состав и количество оптимизируемых структурных параметров зависят не только от уровня оптимизируемой структуры композита, но и от степени гомогенизации его реальной структуры в модели композита как конструкционного материала. Например, слоистый композит при известных условиях и допущениях может рассматриваться как макрооднородная система (модель макроод-нородного слоистого пакета), но и тот же композит можно описывать и в рамках неоднородной модели, учитывающей дискретность его реальной структуры. В этом случае набор структурных параметров, определяющих, скажем, деформативные характеристики слоистого пакета, кроме параметров, учитываемых уже в макрооднородной модели пакета, должен быть дополнен параметрами, позволяющими учитывать порядок чередования слоев в пакете. [c.171]

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]

В главе 5 систематизированы варианты применения метода структурноимитационного моделирования на ЭВМ для решения некоторых характерных задач, возникающих при прогнозировании прочностных и деформационных свойств композиционных материалов в различных условиях и режимах нагружения. Строятся кривые ползучести и прогнозируется длительная прочность направленно кристаллизованных эвтектических композиционных материалов. Прогнозируются кривые длительной прочности углеалюминия и кривые усталости слоистых металлических композитов. Приведены примеры моделирования процессов разрушения бороалюминия и углеалюминия при наличии макронеоднороднык полей напряжений, в частности в образцах с надрезами, а также моделируются процессы накопления повреждений в условиях трехосного напряженного состояния при некоторых видах обработки давлением композиционных материалов. [c.10]

В эту группу вводят весьма разнообразные материалы, которые обеспечили решающий прогресс в авиации и космонавтике слоистые материалы (ламиниты, композиты, конструкции типа сэндвич) из металлических и неметаллических слоев. К последним относятся композиционные материалы из синтетических, смол, армированных волокнами — углеродистыми ( FK), стеклянными (GFK) и арамидными (о прочих синтетических смолах с наполнителями см. в главе 32). Контролируемые толщиньк варьируются от нескольких миллиметров до 100 и более, площади доходят до нескольких метров в обоих направлениях. Кроме цельных конструктивных элементов для авиации и космонавтики плоской или искривленной формы толщиной до 100 мм и выше, из материалов, армированных волокнами, изготовляют также обмотанные трубы. [c.566]

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]

Поведение полученных намоткой волокном композитов аналогично поведению других типов слоистых материалов с расположенными под углом слоями армирующих компонентов. Поэтому разработанные для них аналитические методы могут быть использованы и для конструкций, получаемых намоткой. При рассмотрении этого вопроса с позиций макромеханики анализ композитов базируется на предположении, что каждый слой является анизотропным гомогенным монослоем. Монослой состоит из волокон, ориентированных под углом а или однонаправленных. Свойства монослоя обычно определяют экспериментальным путем, и анализ структуры строится путем перехода от одного слоя к другому. Микромеханический подход, наоборот, заключается в исследовании характеристик чувствительности составных частей материала, т. е. распределения напряжений и деформаций между армирующими волокнами и матрицей. При определении напряжений и деформаций по точкам принимают во внимание свойства армирующего материала и смолы, а также геометрию изделия. Этот анализ микронапряжений устанавливает, какие нагрузки может выдержать композит перед переходом через предел текучести в какой-то точке или перед достижением критических напряжений. Микромеханический подход применяется также для расчета характеристик композиционного материала по известным их значениям для входящих в его состав компонентов, а также для установления влияния их изменения на соответствующие свойства композита. [c.227]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...