Слоистые композиты

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]

Роль эффективных модулей в исследовании упругих свойств слоистых композитов [c.13]

Цель настоящей вводной главы заключается в том, чтобы дать обзор некоторых из наиболее существенных черт микромеханики композиционной среды. В отличие от охватывающих обширную литературу обзоров [3, 5], в которых рассматриваются различные подходы к определению эффективных свойств неоднородных тел, основой нашего изложения является разъяснение понятия эффективных упругих модулей и использование этого понятия. Сравниваются физическое и математическое определения эффективных модулей и обсуждается роль таких модулей в исследовании слоистых композитов, широко применяемых в технике. В заключение излагается метод, позволяющий изучать неоднородные (линейно изменяющиеся) мембранные напряжения в слоистых композитах, [c.13]

Роль эффективных модулей в исследовании слоистых композитов 15 [c.15]

Рпс. 1. Перемещения в плоскости слоя слоистого композита. [c.17]

Поскольку при анализе механического поведения слоистых композитов существенным образом используется понятие эффективных модулей, целесообразно обсудить это понятие более подробно. Мы ограничимся здесь композитами с простой геометрией, т. е. предположим, что расположение волокон является периодическим хотя бы в одном направлении. Статистические аспекты проблемы будут рассматриваться в гл. 3 и 6, [c.18]

Мы ограничились здесь изучением изгиба композиционного слоя вокруг оси, параллельной направлению волокон. Аналогичная задача об изгибе вокруг оси, нормальной к волокнам, рассмотрена Марголиным [9]. Более того, изложенный здесь подход можно аналогичным способом применять к исследованию действия крутящих моментов. В случае слоистых композитов, армированных расположенными в параллельных плоскостях волокнами, можно использовать эти три задачи для того, чтобы получить определяющее соотношение для слоев при линейных макроскопических мембранных напряжениях, включая соответствующие формулы преобразований для эффективных жесткостей на изгиб. [c.33]

Мы рассмотрели некоторые из основных принципов микромеханики, уделив особое внимание понятию эффективных упругих модулей и возможности их применения к изучению механического поведения слоистых композитов, армированных волокнами. Были приведены эвристические соображения в пользу эквивалентности различных математических определений эффективных модулей. Если физические измерения производятся на достаточно больших участках поверхности, то физическое и математическое определения также согласуются. [c.35]

Точные модули анизотропных слоистых композитов [c.38]

Эти соотношения можно назвать эффективными определяющими уравнениями слоистого композита, поскольку они определяют геометрические изменения, вызванные нагрузкой, приложенной к слоистому элементу, в отличие от общепринятого понятия определяющих уравнений теории упругости, связывающих напряжения и деформации в бесконечно малом материальном элементе. Располагая эффективными определяющими соотношениями, можно разработать теорию слоистого тела в целом, не прибегая к исследованию каждого слоя в отдельности методами теории упругости. Впрочем, решив конкретную краевую задачу, можно найти распределение напряжений по толщине слоистого тела во всех деталях. [c.38]

Другим побудительным мотивом для изучения эффективных модулей слоистого материала является широкое использование такого материала в качестве модели более сложных неоднородных материалов, например композитов, армированных трехмерными сетками волокон [3, 6, 8]. Наконец, для правильной интерпретации результатов даже самых обычных экспериментов со слоистыми композитами необходимо принимать во внимание эффективные определяющие соотношения. [c.39]

Точные модула анизотропных слоистых композитов 49 [c.49]

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]

Описанный но.дход является строгим (Табаддор f20]), если удовлетворяются граничные условия (1) или (2), при которых макроскопические компоненты тензоров напряжений и деформаций однородны. Если эти компоненты переменны, то подход оказывается приближенным. Некоторые замечания о степени этого приближения, а также об использовании эффективных модулей при расчете слоистых композитов будут сделаны в разд. VI—VIII. [c.16]

Композиционные элементы конструкций обычно изготавливаются путем наслаивания с заданной ориентацией слоев. В макромехакике изучается механическое поведение таких слоистых композитов, причем их свойства задаются эффективными характеристиками слоев. Поскольку в технике слоистые композиты часто используются для изготовления тонкостенных конструкций, общепринятый метод их исследования основан на теории слоистых пластин или оболочек, в которой принимается гипотеза о линейном изменении перемещений в плоскости слоя по толщине (Эштон и Уитни [2]). [c.16]

Используя теории слоистых конструкций, можно формулировать содержательные краевые задачи, по решениям которых можно судить о жесткости и устойчивости слоистых композитов. Найдя в результате решения конкретной краевой задачи основные зависимые переменные Э1их теорий, т. е. результирующие силы и моменты, по принятой частной теории можно определить распределение макроскопических напряжений в слое. Вместо приближенных теорий слоистого тела можно попытаться применить точный анализ, как обсуждалось выше. В этом случае основными переменными являются макроскопические напряжения в слое и последний шаг оказывается излишним. В свою очередь, если известен подход (обсуждаемый в разд. VIII), позволяющий рассматривать неоднородные макроскопические напряженные состояния, то напряжения в каждом компоненте можно определить средствами микромеханики. Таким образом, микромеханика указывает связь между механическим поведением используемых в технике слоистых композитов, с одной стороны, и поведением их компонентов — с другой. [c.18]

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]

Разность между и Сда может быть малой и представлять чисто академический интерес, однако в существующей литературе не проводилось четкого сравнения этих величин. К счастью, поверхностные слои обычно составляют малую часть объема используемых на практике слоистых композитов, так что выбор величин их эффективных модулей не оказывает значительного влияния на расчеты. Рассмотрев задачу о нескольких рядах волокон, Халберт и Рыбицки заключили, что напряжения в элементах, расположенных вдоль свободной поверхности, не зависят от числа рядов волокон в композите. Если предположить, что этот вывод верен для произвольного слоистого композита, т. е. что в поверхностном слое механическое поведение каждой фазы композита зависит только от усредненных деформаций ёц и граничных условий на поверхности, то можно определить локальное (фазовое) поведение вблизи граничной поверхности путем решения задачи об одном включении при граничных условиях, аналогичных (7) и (16), и средней но объему деформации, равной ё . Задача об определении внутри слоев произвольных слоистых композитов будет рассматриваться в гл. 2. [c.26]

Поскольку эффективные модули отражают свойства бесконечной среды, мы проанализировали возможности их применения к изучению слоистого композита, в котором различные слои имеют конечную толщину. В предположении макроскопически однородного напряженного состояния в каждом из слоев, содержащих несколько рядов волокон, ошибки в предсказании эффективных свойств слоистого композита, обусловленные использованием i7w, оказались пренебрежимо малыми. Использование для характеристики слоя, армированного одним рядом волокон, не является точным, но, по-видимому, такой подход совместим с инженерным уровнем точности и с наблюдаемым разбросом свойств композита. Впрочем, сведения, имеющиеся по этому вопросу в литературе, весьма скудны. [c.35]

Итак, за немногими исключениями, указанными в конце разд. VIII, эффективные модули сохраняют свою практическую полезность при описании поведения слоистых композитов. Следует отметить, однако, что связь между напряжениями в отдельных компонентах и линейными макроскопическими напряжениями устанавливается решением краевой задачи, не совпадающей с задачей, ставящейся при определении эффективных модулей, т. е. требуется также микромеханическое решение задачи [c.36]

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

Перейдем теперь к изучению вида матриц эффективных жесткостей для одного частного класса симметрии материала, а именно предположим, что каждая материальная частица обладает единственной плоскостью упругой симметрии, нормальной к оси 2. Это свойство называется моноклинной симметрией. Как и ранее, локальные коэффициенты жесткости могут меняться по толщине непрерывно или скачкообразно. Последнее характерно для большинства используемых в технике слоистых композитов, которые состоят из слоев армированного волокнами материала, причем волокна различных слоев лежат в параллельных плоскостях, Для моноклинной симметрии можно показать (Лех-ницкий [11]), что в рассматриваемом здесь случае (когда плоскость симметрии нормальна к оси z) [c.47]

Обратимся теперь к наиболее популярной из используемых для расчета слоистых композитов теорий, а именно к классической теории слоистых пластин (КТП), разработанной Ставски [22] и Донгом с соавторами [5] и широко применяемой Эштоном и Уитни [1]. КТП представляет собой приближенную теорию, [c.49]

Для того чтобы проиллюстрировать изложенную выше теорию, рассмотрим эффективные модули слоистого композита, состоящего из трех слоев однонаправленного бороэпоксида. Слои имеют равную толщину /г/3, а волокна в нижнем, среднем и верхнем слоях ориентированы под углами —60, О и 60° соответственно относительно оси х. Здесь угол от оси х до направления волокна измеряется по часовой стрелке, если смотреть со стороны положительной полуоси z волокна всех слоеа лежат в плоскостях, параллельных плоскости (х,у). Значения упругих модулей слоев взяты следующими [c.55]

Подводя итоги, можно сказать, что мы описали способ определения эффективных коэффициентов jj, Dap. т. е. матрицы жесткостей на растяжение, матрицы совместного влияния и матрицы жесткостей на изгиб соответственно, а также эффективных коэффициентов расширения для анизотропных слоистых композитов или для материалов, в которых упругие константы меняются по одной координате. Постановка задачи является строгой в рамках трехмерной теории упругости неоднородных тел. Не предполагалось локальной симметрии материала, т. е. в каждой точке среды упругие определяющие соотношения могли содержать 21 независимый модуль. [c.59]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...