Ориентация волокон

Отдельно взятый кристалл металла анизотропен. Но если в объеме содержится весьма большое количество хаотически расположенных кристалликов, то материал в целом можно рассматривать как изотропный. Поэтому обычно предполагается, что металлы в той мере, в какой с ними приходится иметь дело в сопротивлении материалов, изотропны. Встречаются, однако, тела и анизотропные. Анизотропно дерево оно обладает различными свойствами в зависимости от ориентации волокон. Анизотропна бумага полоски, вырезанные из листа бумаги в двух взаимно перпендикулярных направлениях, обладают различной прочностью. Существует анизотропия тел, связанная с их конструктивными особенностями. Так, например, анизотропна фанера, анизотропны ткани. [c.13]

Для рассматриваемой формы искривлений волокон (см, рис. 4.1) компоненты матрицы жесткости в / изменяются по координате 1. В случае искривления волокон по ломаной линии девять компонент матрицы жесткости двух слоев с ориентацией волокон под углом 0 постоянны по всей длине волны, а четыре Вдд, В , ) [c.92]

При ориентации волокон трех направлений вдоль координатных осей декартовой системы 123 главные направления упругой симметрии орто-тропных слоев 1, 2, 3 совпадают [c.122]

Рис. 2. Поверхности скоростей для эпоксидного углепластика с коэффициентом армирования 55% при различной ориентации волокон [ИЗ ]

Рис. 3. Направление движения частиц материала в зависимости от угла нормали к волновой поверхности для эпоксидного углепластика с коэффициентом армирования 55% при различной ориентации волокон 1 — изотропный материал 2 — 0 = = 45° 5-0= 30° 4-0 =

По сравнению с другими композиционными материалами эпоксидные углепластики обладают высокой степенью анизотропии 11 13 = 24 (материал с углом армирования 0°). Поверхности скоростей для материалов с углами ориентации волокон 0, 15, 30 и 45 показаны на рис. 2. [c.273]

Рис. 10. Кривые дисперсии для продольных волн в стержнях из бороалюминия при различной ориентации волокон по отношению к оси стержня (дисперсия в материале не учитывается) [138, 139]

Ориентация волокон внешнего слоя [c.174]

При разрушении в случае простого растяжения, двухосного растяжения, двухосного растяжения — сжатия и циклического нагружения вблизи волокон, ориентированных под углом к направлению главного растягивающего напряжения, возникают треш,ины. Как показывает характерная картина сдвига в образцах с ориентацией волокон 45°, главную роль в таком разрушении играет сцепление на границе раздела. Разрушенные волокна с ориентацией 0° оказывали на прочность и вид разрушения большее влияние, чем изолированные дефекты матрицы или несцепленные участки. Эти результаты согласуются с наблюдениями Розена [55]. [c.523]

При использовании композиционных материалов необходим новый подход к проектированию самолета. При этом стирается грань различия между конструктором и материаловедом. Конструктор может использовать анизотропию композиционных материалов. Он добивается оптимальных результатов при разработке конкретного узла или агрегата варьированием ориентации волокон и, таким образом, проектирует материал так же, как и конструкцию. Ранее проведенные исследования [12] уже показали такие возможности. Как отмечалось в этой работе, конструктор должен определить не только внешнюю, но также и внутреннюю геометрию узла или агрегата. Этот процесс сопровождается рядом этапов, на протяжении которых материалы и конструкция рассматриваются как непрерывно взаимосвязанные, что отличает его от традиционных методов, используемых для металлов. [c.57]

Зависимость прочности от направления упрочненного волокнами стеклопластика представлена па полярной диаграмме (рис. 5). При ориентации волокон под углами О и 90° наблюдаются пики прочности на растяжение, так как в этих направлениях расположена нить в основе и в утке упрочнителя. В частности, на кривой А значения прочности на растяжение составляют 26,6 и 24,5 кгс/мм в двух основных направлениях. Пики соответствуют параллельному расположению слоев, т. е. выстраиванию нитей в каждой плоскости в одном и том же направлении. Заметим, что прочность при 45° понижается до 12 кгс/мм , что составляет половину пиковой величины. При повороте чередующихся плоскостей на 45° мон ет быть получен почти изотропный материал, как показано [c.207]

Волокнистые композиционные материалы могут быть изотропными и анизотропными в зависимости от ориентации волокон. Матрица, как правило, изотропна в том смысле, что ее свойства одинаковы во всех направлениях. Если волокна расположены хаотически, то прочностные и упругие свойства композиционного материала также изотропны в плоскости материала (так как армированные пластики, использующиеся в строительной промышленности, имеют тонкие сечения, то их свойства в направлении, перпендикулярном плоскости материала, можно не рассматривать), [c.264]

Код ориентации волокон в слоях композиционного материала, разработанный Лабораторией материалов ВВС США [c.496]

В определенной последовательности для реализации конструктивных требований к прочности и жесткости. Например, композит на рис. 1 имеет четырехслойную укладку с ориентацией волокон в слоях под углами соответственно 0°, -)-Э, — 6 и 90°, если отсчитывать углы от оси X. [c.108]

Рис. 20. Влияние водяного пара на скорость роста усталостной трещины в композите алюминия 2024 с бором в случае поперечной ориентации волокон [49].

В конструкции 6 головкн болта с внутрепип.м шестигранником, изготовленном прошиванием, участок 5 перехода стержня в головку резко ослаблен канавкой для выхода прошивки. При замене прошивания высадкой (конструкция 7) ослабление устраняется прочность головки повышается также в результате благоприятной ориентации волокон. [c.604]

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что при растяжении слоистых материалов с относительно невысокой степенью анизотропии упругих свойств, присущей ортогонально-армированным материалам, характер распределения деформаций по длине и толщине образца мало зависит от его формы (параметра /П1). Так, для стеклопластика. Г-4С с укладкой волокон 5 1 при нагружении в направлении большей степени ориентации волокон изменение значений Щ] в 1,7 раза практически не сказывается на относительном изменении деформаций нижней и верхней поверхностей ("П = +1) рабочей части образца. Относительные показатели деформаций при т) = о образцов-лопаток незначительно выше, чем образцов-полосок. Примерно то же наблюдается в случае испытаний ортогонально-армированных углепластиков. Увеличение степени анизотропии упругих свойств способствует повышению чувствительности относительных деформаций к изменению формы образца. Это хорошо иллюстрируют данные, полученные при растяжении образцов из однонаправленных углепластиков в направлении волокон. [c.33]

Возникла необходимость детального рассмотрения структурных схем каждого класса материалов и выявления в них наиболее характерных составляющих (элементов), определяющих деформативные свойства материалов. Вопрос о выборе и выделении таких элементов требует соответствующего обоснования. Известно, например, что переход к некоторой квазиоднородной анизотропной среде по всему объему материала соответствует частичному сглаживанию неоднородности материала часть арматуры усредняется со связующим в модифицированную матрицу. Получается одномерный материал с модифицированной матрицей, для которого достаточно просто учитывается кинематическая связь компонентов материала при нх совместном деформн-рованнн. Такой подход не является универсальным, так как нрн изменении ориентации волокон одного из направлений запись кинематических ус- [c.48]

Варианты моделей. Материалы, армированные системой трех нитей, создаются, как правило, с ориентацией волокон вдоль осей прямоугольной ИЛИ цилиндрической системы координат. Указанные особенности создания пространственного каркаса открывают возможности построения упрощенных моделей для расчета упругих характеристик рассматриваемого класса материалов как приведенной ортотроп-ной среды. Так как волокна одного из направлений перпендикулярны плоскости, проходящей через волокна двух других направлений, то в приближенном подходе представляется возможным ввести модифицированную матрицу. Ее деформативные характеристики определяют по известным формулам для трансверсально-изотропной среды, составленной из связующего и волокон одного из трех направлений армирования (техника введения модифицированной матрицы подробно описана на с. 58). [c.121]

Проведенный позднее более строгий теоретический анализ (Теннисон и др. [283]) и экспериментальное исследование устойчивости трехслойных цилиндрических оболочек с различной ориентацией слоев (Теннисон и Маггеридж ]282]) подтвердили выводы, сформулированные в работе Хота. Было также показано, что нечувствительность к начальным несовершенствам не очень сильно зависит от ориентации волокон. [c.242]

Отсюда следует, что изменение ориентации волокон приводит к изменению характера распределения напряжений. Для изгибных напряжений оптимальные углы армироеания составляют 15°-, при этом напряжения оказываются на 34% меньше, чем при армировании под углом 45°. Однако при учете межслоевых касательных напряжений при тех же условиях нагружения установлено, что максимальная величина напряжений слабо зависит от угла армирования, несмотря на то, что последний существенно влияет на характер их распределения в пространстве, [c.326]

В качестве примера, иллюстрирующего характер искажений в пограничном слое, о которых говорилось выше, мы приведем некоторые результаты решения задачи теории упругости для слоистого тела, изображенного на рис. 2. Тело состоит из четырех анизотропных слоев однонаправленного композита, ориентация волокон в разных слоях которого задается углами [—0, 0, [c.55]

Было установлено, что для однонаправленных композитов модули мало зависят от частоты, в то время как коэффициенты затухания у (величины порядка 10 ) заметно возрастают с частотой. Это возрастание можег быть (хотя бы частично) обусловлено деформациями сдвига и связано с возбуждением высших мод в проведенных выше теоретических рассуждениях этот эффект сказывается в возрастании функции dfonldX с частотой (см. формулу (168)). Для модулей накопления и коэффициентов затухания для балок с различной ориентацией волокон были получены вполне удовлегворительные результаты. [c.172]

Разрушение образцов с ориентацией 0790° зарождалось в поперечных семействах волокон и сопровождалось образованием пучков трещин и нарушением сцепления. Первоначальные дефекты не оказывали заметного действия на поведение этих образцов. Образцы с ориентацией волокон 45° разрушались путем сдвига вдоль волокон, причем разрушение зарождалось вблизи точек скрен ивання и около краев образца. Поведение таких образцов существенно зависело от того, есть ли в материале поры. [c.523]

Дэниел [16] сообщает о микрофотоупругих экспериментах, в которых выяснялось, как влияют на концентрацию напряжений в матрице ориентация волокон, нарушение сцепления волокна с матрицей и растрескивание матрицы на граничной поверхности. Схема установки, которая применялась для изготовления образцов, показана на рис. 17. Образцы отливались между двумя стеклянными пластинами, покрытыми слоем майлара. В качестве распорок использовались стальные проволочки диаметром 0,015 дюйма. Для центровки концы волокон бора соединялись с распорками (на рисунке не показано) [c.523]

Мак-Гарри и Мендел [47] изучали влияние поверхности раздела на прочность сцепления волокон с матрицей при расщеплении консольной балки в направлении, перпендикулярном ориентации волокон. Полученные ими результаты приведены на рис. 18 и 19. [c.60]

Индекс / означает волокно I — однонаправленный композит т — 1мат,рицу. Индекс (11) указывает направление ориентации волокон. [c.62]

Композиционххые материалы, кроме того, неоднородны. Р1зде-лие имеет различный состав в различных направлениях в преде лах слоя или по толщиххе. В связи с этим при классическом подходе к оценке возможностей усталости, ползучести и роста трещин необходимо принимать во внимание различные элементы материала (волокна и матрицу), ориентацию волокон ио отношению к нагрузке и их взаимодействие. Даже статическая прочность может изменяться под влиянием последовательности укладки слоев, т. е. порядка, в котором идентичные слои укладываются по толщине. [c.95]

Сл щегтвует бесчисленное множество вариантов взаимного расположения с ьев. При конструктивной проработке космических корабу-ей об-чно рассматривают набор слоев, ориентированных под угламй и, 45 и 90 , где 0 соответствует ориентации волокон параллельно направлению основной нагрузки. При таком наборе для наибольшей надежности следует разместить достаточное количество волокон во всех направлениях, чтобы обеспечить восприятие нагрузок, направленных вдоль, поперек и на срез. При этом композиция становится инвариантной к смоле это означает, что, в отличие от набора слоев с ориентацией под углами 0 и 30 , способность данного набора слоев воспринимать срезывающие нагрузки в плоскости не зависит от связующего. Расчеты показывают, что для типичного набора слоев с ориентацией под углами о, 45 и 90 снижение прочности смолы на 50% привело бы к снижению прочности композита всего на 10 %, что свидетельствует о надежности такого подхода. Желательность этого подхода, по крайней мере до тех пор, пока не будут хорошо поняты процессы деградациг матрицы, подтверждается последними ис- [c.97]

Еще труднее установить величину допустимого напряжения. В конструкциях с коэффициентом запаса, равным 1,5, допустимое напряжение можно определить как две трети предела прочности или как напряжение, вызывающее либо необратимую деформацию слоистого композита, либо чрезмерную потерю жесткости (смотря по тому, что меньше). Для типичного эпоксидного боропластика с ориентацией волокон 0° разрушение происходит при напряженки 140 кгс/мм , тогда как предел пропорциональности (иамененке наклона кривой напряжение — деформация) составляет 84 кгс/мм . Соответственно за допустимое следует принять напрян ение 84 кгс/мм . Зачастую полиимидиые углепластики с ориентацией волокон по слоям о, 45 и 90° под действием температурных [c.98]

Кронштейн магнетометра. Кронштейн в сборе состоит из четырех соединенных петлями трубчатых секций, уложенных вдоль боковой панели космического корабля. После отделения корабля от третьей ступени носителя датчик магнетометра выносится этим кронштейном в рабочее положение. Внешняя секция кронштейна — бороэпоксидная трубка внутренним диаметром 30 мм и длиной 1035 мм. В неразвернутом положении она опирается на концы и нагружена посередине поперечным усилием 55 кгс. Композиционная секция состоит из шести слоев бороэпоксида со следующей ориентацией волокон относительно оси трубки 5/—45/Нг5/45/—5°. Обе поверхности бороэпоксидной заготовки покрыты слоем стеклоткани типа 112. Кроме того, по концам секции и в двух местах посередине (где прилагаются сосредоточенные нагрузки) выполнена подмотка из нескольких слоев стеклоткани типа 143 с чередованием направления укладки основы то по окружности трубы, то вдоль оси. К концам трубки после ее отверждения приклеиваются металлические фитинги. Раздельной подклейки слоев бороэпоксида не требуется, так как трубка не несет значительных осевых нагрузок. [c.116]

Интересным приложением высокопрочных волокнистых композиций являются бурильные трубы лунной буровой установки корабля Аполлон . Трубы состоят из трех полых секций общей длиной 2800 мм. Стенки труб имеют внутренний и внешний слои из эпоксидного стеклопластика с ориентацией волокон 45 в промежутке между этими слоями помещается слой однонаправленного бороэпоксида. На внутренней поверхности выполнена спиральная резьба, образующая нечто вроде шнека, продвигающего лунный грунт вдоль внешней поверхности вала. Труба имеет электрический привод, обеспечивающий вращение и продольную подачу. Полые трубы дают возможность вводить приборы для измерения температуры грунта под поверхностью и тепловыделения из глубины. Это оборудование использовалось в ходе лунных экспериментов Аполлон-16 . [c.117]

Верхняя обшивка. Выбран композиционный материал бор — алюминий (В—А1) ввиду высоких показателей прочности при сжатии и удельного модуля сдвига, особенно при температурах 150—200° С. Материал получен диффузионной сваркой монослоев, содерН ащих борные волокна диаметром 140 мкм (47% по объему) в матрице из алюминиевого сплава 6061 и приварен к титановым закоицовкам корня (комля) для передачи нагрузок. Обшивка представляет собой трехслойную конструкцию с листами из бор-алюминия и алюминиевым заполнителем. Внутренняя поверхность выполнена плоской с тем, чтобы упростить проблему крепления. Принятая ориентация волокон 0 45 - с добавлением слоев, ориептгт-рованных под углом 90°, для локального усиления болтовых соединений при наложении действующих по хорде усилий от закрылков и предкрылков. Для крепления листов внешней облицовки к титану необходимы трехступенчатые соединения (см. рис. 13). Вследствие меньших действующих нагрузок для крепления внутренних листов требуется только двухступенчатое соединение. Нагрузка в соединениях по внешней поверхности составляет 3567 кгс/см. Для расчета отверстий болтовых соединений был использован зкспериментальпо определенный коэффициент концентрации напряжений. Отверстие для отбора проб топлива диаметром 76 мм усилено дополнительными слоями, ориентированными в направлениях 0 и 45°. [c.151]

В испытаниях по всей длине ручки клюшки были установлены тензометрические датчики, соединенные с 12-канальным прибором Хонвелл Визикордер . Данные по кручению и изгибу позволили получить информацию о влиянии ориентации волокон на жесткость, характеристики колебаний клюшки, скорость восстановления формы и т. д. Применение перспективных композиционных материалов для спортивного инвентаря позволило накопить ценный опыт и обеспечить доверие покупателей к этим материалам. Вопрос разработки клюшки для игры в гольф из стекло- и графитоплас-тика обсуждался в работе Томаса [16]. [c.480]

Первоначальные эксперименты но определению прочностных свойств были направлены на решение основной задачи исследования прочности как функции объема волокон, ориентации волокон и механических свойств составляющих материалов. Поэтому эти эксперименты проводились на стайдартных испытательных машинах с постоянной скоростью деформации. Только позднее были введены изменения в условия нагружения. Стали осуществляться усталостные испытания, испытания на длительную прочность, влияние скорости деформации и ударные эксперименты. Причина введения в программу таких испытаний очевидна. Так как элементы конструкций, сделанные из композиционных материалов, должны при эксплуатации противостоять различным условиям нагружения, и не всегда ясно, как интерполировать прочностные свойства, полученные в одних условиях эксперимента, на другие случаи. [c.268]

На рис. 29 дано изменение длительной прочности за 100 ч в функции ориентации волокон. Разрушение однонаправленных образцов в направлении 0° при испытании на длительную прочность появлялось на второй стадии ползучести, довольно продолжительной, третья стадия ускорения отсутствовала. Из-за отсутствия данных по ползучести волокон бора в данный момент нельзя решить, какие именно параметры влияют на вторую стадию ползучести и долговечность композита. В [66] предполагается, что вторая стадия ползучести композита определяется ползучестью волокон, и подтверждается это предположение результатами работы [42] (см. рис. 6), полученными при температуре (538 °С), более высокой, чем используемая в [66] (316 и 204 °С). [c.307]

При комнатной температуре у однонаправленных композитов алюминия 2024, армированного волокнами бора с объемным со-держанием 40% (диаметром 0,01 см), наличие водяного пара увеличивало скорость роста усталостных трещин и сокращало усталостную долговечность [49]. В ходе испытаний на знакопеременный изгиб композитные образцы колебались с постоянной амплитудой деформации и частотой, равной резонансной. Была получена тарировочная зависимость этой частоты от длины усталостной трещины, а затем изменения частоты были использованы для определения скоростей роста трещин. Испытывалось два типа образцов один с волокнами, ориентированными вдоль, а другой с волокнами, ориентированными поперек оси образца. Для поперечной ориентации волокон чувствительность к водяному пару была наибольшей, в этом случае после введения паров воды в испытательную камеру скорость роста трещины увеличилась в 200 раз (рис. 20). Для алюминиевых сплавов было найдено, что усталостная долговечность изменяется под действием паров воды не более чем в 10 раз [49]. [c.431]

Увеличение глубины диффузионного проникания до величин X 1000-10 см может все сильнее ухудшать усталостную прочность композита даже тогда, когда на поверхностях раздела отсутствуют бориды алюминия вероятно, следует ожидать, что влияние такой взаимодиффузии будет более вьсраженным в случае ориентации волокон под углом к оси нагружения. Для величин X < 250-10 см и поверхностей раздела, имеющих частично механический характер, усталостная прочность композита алюминия 6061-0 с бором заметно улучшается по сравнению с той, которой обладают современные композиционные материалы. Таким образом, металлургическая структура поверхностей раздела является переменчивым фактором, который играет важную роль для усталостной прочности этих композитов. [c.435]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...