Применение композиционных материалов

Применение композиционных материалов, комбинированных материалов и сандвич-конструкций. [c.486]

До недавнего времени в практических задачах инженерной механики эти вопросы на передний край не выдвигались. Это не значит, что анизотропные материалы не находили применения. С ними давно приходится иметь дело. Вспомним хотя бы резинокордную конструкцию автомобильных и авиационных шин, где резиновая оболочка армирована стальными или нейлоновыми нитями, образующими косоугольную сетку. Можно вспомнить и фанерные анизотропные панели, применявшиеся в прошлом для оклейки несущих плоскостей самолетов. Можно привести и другие примеры, где анизотропия фигурирует как важный фактор расчетной схемы. И все же, несмотря на несомненную важность и даже заслуженность подобных прикладных задач, следует признать, что все они узконаправленны и по своей общности существенно уступают тому богатству структурных схем, которое раскрывается перед нами в связи с применением композиционных материалов. Сейчас немыслимо представить авиационную и ракетно-космическую технику без применения композитов. Композиционные материалы уже охватили многие отрасли промышленности, в том числе производство предметов домашнего обихода. Не будет преувеличением сказать, что человечество стоит уже на пороге нового века — века композитов. [c.285]

Конструкционные материалы. В качество материала машиностроительных конструкций используются в основном металлы и их сплавы, а также различные неорганические и органические материалы (полимеры, пластмассы, волокна, керамика и др.). В последнее время нашли применение композиционные материалы, состоящие из высокопрочных нитей стекла, бора, углерода и связующего (полимеров и металлов). В строительных конструкциях используются бетон (смесь крупных и мелких каменных частиц, скрепленных цементом), железобетон (бетон, усиленный стальными стерж-нями), кирпич, дерево и другие материалы. [c.11]

Возрастающий объем применения композиционных материалов в ответственных несущих конструкциях привлек пристальное внимание к разработке и приложениям методов, позволяющих предсказать поведение таких конструкций при нагружении, например, [89]. Фермы, балки, рамы и тонкостенные элементы являются в настоящее время наиболее распространенными конструкциями, которые изготовляют из композиционных материалов. Именно такие конструкции, а также узлы соединений рассмотрены в этой главе. [c.108]

Природа композиционных материалов вызвала появление специальных видов соединений, особенности которых проявляются у трехслойных систем (рис. 13, д). Для эффективного применения композиционных материалов в конструкциях такого рода необходимо обеспечить передачу нагрузки на узел и далее на элементы, соединяемые в атом узле. Проблема передачи нагрузок как в самом композиционном материале, так и при его соединении с другими материалами весьма серьезная, и еще многое предстоит сделать для разработки эффективных теоретических и полу эмпирических методов ее решения. [c.131]

Книга, несомненно, окажется полезной для довольно широкого круга читателей — инженерно-технических и научных работников, связанных с разработкой, исследованием и применением композиционных материалов, а также для студентов и аспирантов. [c.6]

ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ТЕХНИКЕ [c.3]

Книга содержит много полезных сведений о свойствах армированных пластиков и более современных композиционных материалов и дисперсных систем, номенклатуре выпускаемых промышленностью исходных компонентов (армирующих наполнителей, связующих смол), технологическим приемам изготовления деталей и узлов конструкций, объемам их производства и применения, перспективам роста применения композиционных материалов и ожидаемой технико-экономической эффективности от их использования. Несомненный интерес представляет конструкторская и технологическая проработка ряда узлов и деталей, используемых в космических летательных аппаратах (гл. 3), авиационной технике (гл. 2, 4), транспортном машиностроении (гл. I и V), судостроении (гл. 7), промышленном строительстве (гл. 8, 9) и др. [c.6]

Авторами отмечается мысль о необходимости всестороннего подхода к проблеме применения композиционных материалов, объединений конструкторских, материаловедческих и технологических знаний при решении вопроса об использовании того или иного материала в конкретной детали, с учетом опыта эксплуатации и растущего объема производства этого материала и перспективного снижения его стоимости. [c.6]

Прослежена история применения композиционных материалов в отрасли, рассмотрены условия, необходимые для дальнейшего увеличения объема применения. [c.12]

Многие детали легковых автомобилей, включая довольно сложные (обычно литые), могут быть изготовлены из формовочной композиции (листовой заготовки или формовочной массы), причем эти детали могут успешно конкурировать с деталями, полученными литьем из цинковых или алюминиевых сплавов. Постоянное усовершенствование технологии изготовления, оборудования и оснастки для производства деталей из упрочненных пластиков приведет к тому, что объем применения композиционных материалов превысит 8000 т в год, как прогнозировалось в начале 70-х годов. [c.15]

Потребитель обычно не посвящен в подробности экономических расчетов, определяющих выбор новых материалов. Если он хочет приобрести у известного ему производителя изделие, которое удовлетворяет его по эстетическим и эксплуатационным качествам, он склонен предполагать, что производитель не стал бы рисковать своей репутацией, используя материалы, не обладающие удовлетворительной долговечностью при эксплуатации. Как бы то ни было, общепринято считать, что для деталей из упрочненного пластика желательна такая окончательная обработка, которая обеспечивала бы внешний вид, не отличающийся от вида окрашенного металла. Однако затраты на подобную отделку являются одним из факторов, сдерживающих применение композиционных материалов для деталей легковых автомобилей. Так или иначе, потребители, для которых внешний вид автомобиля с металлическим кузовом стал привычным, могут не воспринять специфический вид упрочненного пластика. [c.17]

Огромное разнообразие моделей и модификаций, предлагаемых в настоящее время, влечет за собой значительные затраты на их производство. Со временем у потребителей сформируется иное отношение к легковым автомобилям и они будут рассматривать их, как и грузовые автомобили, в первую очередь с практической точки зрения. В этой ситуации применение композиционных материалов станет особенно предпочтительным. [c.19]

Для производства грузовых автомобилей характерны сравнительно нечастые изменения конструкций и относительно небольшие рынки сбыта. Обычно производство 10 000 единиц в год, включая многочисленные вариации базовой модели, считается значительным. Стоимость оборудования для таких масштабов более существенна в сравнении с крупносерийными производствами легковых автомобилей. По этим причинам упрочненные стекловолокном полиэфирные смолы можно считать весьма привлекательным материалом для изготовления кабин грузовиков, крыльев, капота, дверей и т. д., а именно в этом направлении применения композиционных материалов отмечается наибольший прогресс. [c.24]

Первоначальные работы по применению композиционных материалов в различных сферах выполнялись преимущественно по инициативе небольших компаний. Успех и рост числа этих компаний привлек внимание более крупных корпораций и производство деталей автомобиля из композиционных материалов было признано перспективной сферой деятельности. Сегодня в такие производства значительные капиталовложения делают крупные компании. Их поддержка должна обеспечить дальнейшее ускоренное развитие этой отрасли. [c.34]

Применение композиционных материалов в конструкциях и энергетических установках гражданских самолетов представляет собой одно из наиболее значительных достижений аэронавтики за последнее время. Рассмотрим общие требования к авиационным материалам и конструкциям. [c.37]

Оценка массы и работоспособности коммерческих транспортных самолетов выходит за пределы простого рассмотрения стоимости единицы массы, и эти факторы рассматриваются далее при обсуждении проблем применения композиционных материалов в этих конструкциях. Однако можно констатировать, что рост размеров и сложность конструкции самолета сопровождается повышением стоимости единицы массы, вследствие чего снижение этих показателей становится очень важным. [c.39]

Использование элементов жесткости способствует преодолению начальных девиаций контура, ведущих к разрушению оболочки, а использование внутреннего давления обеспечивает достижение теоретических значений. Из вышеприведенных выражений очевидно, что прочность и модуль упругости материала определяют конструкционное поведение оболочковых конструкций. Это именно те характеристики, уровень которых может быть значительно повышен применением композиционных материалов. [c.40]

Подсчитано, что широкое применение композиционных материалов в вентиляторах, компрессорах, корпусе двигателя, дисках и корпусах редукторов может обеспечить общее снижение массы на 35%. [c.55]

Детали двигателя работают в более напряженных температурных режимах, чем элементы планера. Температура вентилятора и передних ступеней компрессора изменяется в пределах от окружающей температуры до 150° С, достигая в задней зоне компрессора 650° С. В указанном диапазоне температур возможно использование большого числа композиционных материалов как полимерных, так и металлических. По-видимому, наиболее эффективно применение композиционных материалов на основе металлических и термостойких полимерных (в частности, полиимидных) матриц, упрочняемых борными или углеродными волокнами. Было обнаружено, что наносимое на борные волокна покрытие карбида кремния исключает взаимодействие между наполнителем и алюминиевой или титановой матрицами в процессе изготовления материала. Рассматривается применение полимерных композиционных материалов (как полиимидных, так и эпоксидных) в корпусах двигателя и редуктора (коробки скоростей). [c.55]

Существуют определенные препятствия на пути успешного и широкого применения композиционных материалов в авиационной технике. Одна из них — привычка конструкторов использовать металлы (преимущественно алюминиевые сплавы) практически во всех случаях. Дело в том, что металлы являются, по существу, изотропными гомогенными материалами, предоставляющими конструктору определенные гарантированные свойства. Выбор металла для конструктора зависит от конкретного комплекса факторов внешней среды и эксплуатации, воздействие которых будет испытывать проектируемый самолет. Конструктор может быть почти полностью независим от материаловеда, и наоборот. Композиционные материалы угрожают аннулировать это чисто дисциплинарное разделение, так как ни конструкция, ни материал не существуют до тех пор, пока не созданы деталь или элемент конструкции. Конструктор должен хорошо знать как конструкцию, так и материалы, более того, необходимо третье искусство — аналитическое, для того чтобы трактовать усложненное математическое представление напряжений в композиционном материале. [c.64]

Наконец, в будущем предусматривается разработка новых самолетов с широким применением композиционных материалов. Этот факт совместно со специфическими и растущими потребностями будущего определяет направления вероятной разработки некоторых конкретных типов самолетов остается только решить вопрос какие типы самолетов и какие композиционные материалы . [c.68]

В летательных аппаратах указанного типа возможно при.ме-пение композиционных материалов в лопастях и подъемных вентиляторных двигателях. Эти вентиляторы устанавливаются на крыльях, фюзеляже или в специальных нишах так, чтобы обеспечивалась возможность направления истекающей струи вниз. Вентиляторы н обтекатели двигателей являются хорошими примерами применения композиционных материалов. [c.70]

Был сделан вывод, что особенности новой технологии обеспечат совершенствование самолета будущего. Одной из важнейших рекомендаций для рассматриваемого класса самолетов было широкое применение композиционных материалов, в частности эпоксидных углепластиков как наиболее выгодных. На рис. 25 показан ВИД в плане основных частей самолета, в которых могут быть использованы композиционные материалы. Эффективность новой технологии оценивали ио значениям ПЭР и ОК, обсуждавшихся в разделе II. [c.72]

На рис. 26 представлено изменение указанных параметров в зависимости от объема применения композиционных материалов. Зоны максимальной эффективности на этих кривых сдвинуты вправо (в область повышенных значений % применения), так как стоимость материала и изготовления при этом уменьшав тся. [c.73]

Все ранее рассмотренные преимущества, обеспечиваемые применением композиционных материалов в мотогондолах, воздуховодах и др. с целью снижения массы и шума, справедливы и для сверхзвуковых самолетов при условии правильного выбора материалов и температурных режимов их эксплуатации. [c.74]

Один из подходов к решению этой проблемы предполагает использование повышенных коэффициентов перепуска турбовентиляторных двигателей, так как при заданном значении тяги тем самым обеспечивается снижение уровня шума. Это, конечно, имеет значение для укрупненных или многоступенчатых вентиляторов, в которых применение композиционных материалов целесообразно с целью снижения массы. [c.76]

Местное усиление. К одному из наиболее интересных применений композиционных материалов относится их использование для усиления отдельных участков металлоконструкций, для местного повышения жесткости или прочности. Такой подход имеет следующие преимущества 1) существенное снижение массы 2) более низкая цена 3) повышенная надежность 4) меньший риск срыва графика выпуска изделия. [c.103]

II. Применение композиционных материалов в конструкции крыла 138 [c.130]

Выбор металла открывает большие возможности снижеиня массы изделия. Наибольшая экономия металла может быть получена при использовании прочных и высокопрочных сталей, а также сплавов с высокой удельной прочностью (алюминиевых, титановых). Снижению массы изделия способствует применение более прочных холоднокатаных элементов вместо горячекатаных, а также использование термообработки. Однако повышение прочности металла нередко сопровождается ухудшением его свариваемости или снп-жение.м сопротивления разруше.иио. Поэтому экономия металла за счет повышения его прочности целесообразна только при учете всех этих факторов. Большие перспективы имеет применение композиционных материалов, например двухслойных сталей. [c.6]

Том 3. Применение композиционных материалов в технике. Под ред. Б. Потона. Машиностроение (в печати). [c.567]

Рассмотрены преимущества композиционных материалов перед обычными в каждой из указанных областей техники, особенности проектирования типичных элементов конструкций, вкономическая и технологическая целесообразность применения композиционных материалов. [c.4]

Несмотря на все доводы в пользу применения композиционных материалов в автомобилестроении, последнее слово остается за инженерами, отношение которых к материалам формируется в процессе накопления практического опыта. Производство деталей автомобильными компаниями, будь они из традиционных материалов или из упрочненных пластиков, осуществляется в условиях жестокой конкуренции. В таких условиях возможны случаи, когда рекомендации для проектирования и производства деталей могут оказаться недостаточно надежными, поэтому отсутствие богатого опыта, подобного накопленному при конструировании тысяч кузовов из стального листа, производство которых за более чем щестидесятилетний период составило десятки миллионов штук, требует осторожного подхода к проблеме новых материалов. Тем не менее имеющийся на сегодняшний день некоторый опыт использования композиционных материалов в автомобилестроении позволяет надеяться и на дальнейшие успехи. [c.19]

Кузова грузовых автомобилей, трайлеров и кузова-цистерны как для сухих грузов, так и рефрижерационного назначения изготовляются намоткой волокна на соответствующую оправку. По мере совершенствования этого процесса он может стать наиболее предпочтительным методом, главным образом из-за того, что для намотки используется стекловолокно наиболее дешевой разновидности и весь процесс изготовления изделия сводится к минимальному числу операций. При необходимости процесс намотки волокна можно прерывать для укладки заполнителя, в ином случае — делается раздельно внутренняя и внешняя оболочка и теплоизоляция инжектируется в пространство между оболочками. Другие типичные примеры применения композиционных материалов двери грузовых автомобилей и трайлеров, грузовые штанги, полупрозрачные передние насадки кузова, стеклянные крыши. [c.27]

Автомобильные тележки ( багги ) служат характерным примером того, как применение композиционных материалов способствует развитию новых идей в автомобилестроении при минимальных капиталовложениях. Этот вид продукции также предоставляет благоприятную возможность предпринимателю развивать перспективное направление в автомобилестроении. [c.28]

Прямые эксплуатационные расходы (ПЭР). Для самолетов общих типов ПЭР часто выражаются в центах на милю, для коммерческих — в центах на пассажироместомилю. Экономические аспекты применения композиционных материалов в легких самолетах практически не изучены. Выполненные по программе НАСА исследования показывают, что преимущества, полученные вследствие экономии массы, в этом случае, по-видимому, не столь велики как для крупных самолетов, однако можно ожидать большего эффекта при условии расширения масштабов производства и снижения стоимости изготовления. [c.44]

Характерный пример применения стеклопластиков в основной конструкции — легкий четырехместный самолет Уиндекер Игл с полетной массой 1540 кг. Управления гражданской авиации. Практически вся конструкция — фюзеляж, крыло и хвостовое оперение — выполнены из стеклопластика. Эта конструкция, обеспечившая минимум проблем, обычно возникающих при соединении в единое целое разнородных материалов, должна обладать отличными усталостными характеристиками наряду с уже продемонстрированными высокими летными качествами. Некоторые из этих качеств обусловлены сопутствующими эффектами применения композиционных материалов. R частности, высокая радиопрозрач- [c.47]

Отдельным направлением применения композиционных материалов является разработанный в лабораториях НАСА Зендером и Декстером [24] метод, известный под названием местное упрочнение . Идея метода состоит в том, что конструктор, исходя из соображений максимального момента сопротивления, размещает высокопрочные высокомодулыше материалы в наиболее эффективном месте — на максимальном удалении от нейтральной оси (по внешнему контуру усиливаемого элемента). Этот метод обладает следующими основными преимуществами [c.51]

Изучение коммерческой эксплуатации вертолетов показало, что в результате применения композиционных материалов в лопастях несущего и хвостового винтов можно обеспечить снижение зксплуатацпониых расходов. На рис. 22 дано сравнение стоимости (в центах на пассажиро-милю) лопастей винтов, выиолленных из традиционных и композиционных материалов. Приведенные на графике значения стоимости рассчитаны без учета эффектов по- [c.70]

Необходимо отметить, что применение композиционных материалов, как показали результаты исследования, обеспечивает двойной эффект. С одной стороны, более легкие материалы обеспечивают непосредственную экономию массы по сравнению с металлами, с другоц — позволяют уменьшить размеры самолета, что дает возможность для дальнейшего улучшения массовой эффективности. [c.73]

Расширенпое применение композиционных материалов в двигателях — одна из важных задач будущего. [c.75]

Рис. 11. Типичный виешпип вид челночного воздушно-космического летательного аппарата Спевс Шатл Орбитер показаны узлы и детали, в которых возможно применение композиционных материалов

Сосуды для топлива и окислителя СОМ будут предположительно цилиндрической формы, диаметром около 1 м и длиной около 2,5 м. Исследования алюминиевого лейнера, бандажироваи-ного стекловолокном и волокном PRD-49, показывают, что надежность системы возрастает при намотке цилиндрической части в направлении тангенциальных напряжений [2, 7]. Испытания показали, что такой способ может увеличить на 50% срок службы при циклических нагружениях в присутствии треш ины и ире-дотвратить катастрофический характер разрушения. Конструкторская проработка баллонов СОМ в настояп] ее время недостаточно выполнена, чтобы утверждать окончательно, будут ли они изготовляться с применением композиционных материалов. [c.122]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...