Композитные конструкции и материалы

КОМПОЗИТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ и МАТЕРИАЛЫ [c.5]

В 1966 г. с внедрением борных волокон резко возрос интерес к композитным конструкциям и, с учетом запаса времени, не- обходимого для проведения глубоких исследований, были получены новые данные и разработана новая техника конструирования, сделавшая КУС материалами, пригодными для практиче- ского применения при конструировании летательных аппаратов. Эти новые научные достижения распространились и на стеклопластики, существенно оптимизировав их разработку. Если ранее стеклопластиковые компоненты разрабатывались в основном с 4— 5-кратным запасом прочности, то теперь с использованием новой компьютерной технологии запас прочности был существенно снижен до практически реальных величин, приводящих к оптимальной экономии массы и снижению стоимости. [c.542]

Слоистые композитные материалы могут применяться для создания биметаллических композитных конструкций и деталей, предназначенных для работы в морской воде также при наплавке [c.108]

Наиболее серьезным недостатком при использовании стеклянных оболочек в качестве прочного корпуса является низкая ударная вязкость стекла. Попытки сделать стекло одновременно и прочным и вязким не привели к успеху. В связи с этим основной проблемой в использовании стекла для создания прочных корпусов является создание таких композитных конструкций, в которых вязкость обеспечивается за счет других материалов. [c.346]

В связи с перспективностью применения стекла для глубоководных подводных лодок начата разработка вопросов технологии производства стекла и изготовления стеклянных конструкций. Начато составление спецификаций на материалы и композитные конструкции. [c.352]

Композитными пластинами и оболочками называют плоские или искривленные тонкостенные элементы, образованные из слоев, среди которых могут быть анизотропные слои из армированных композиционных материалов, изотропные слои из металла и термопласта, слои легкого заполнителя из сот или пенопласта, эластичные прослойки из резины и других материалов. Широкое применение таких элементов в машиностроении определяется возможностью создавать конструкции с заданным комплексом свойств механическими. теплофизическими и другими характерис- [c.223]

Повышение конструкционной прочности технических систем и сооружений предполагает высокий уровень прочностных показателей не только отдельно взятого материала, но и всей совокупности материалов, используемых в изделии. Основными становятся характеристики материала в составе конструкции, обеспечивающие оптимальные показатели прочности и ресурса. Например, при создании напряженных конструкций и аппаратов химических производств, работающих в различных агрессивных средах при высоких рабочих давлениях с высоким тепломассообменом, применяются так называемые композитные конструкции, использующие сочетания высокопрочных сталей с другими металлическими материалами. При разработке подобных конструкций и их изготовлении ключевыми являются проблемы выбора материалов, учет различия их свойств и структуры, а также условия изготовления самой конструкции (режимы термической обработки (ТО), сварки и т.п.). Различия свойств используемых материалов в процессе изготовления при совместной ТО могут привести к возникновению термических напряжений, снижению конструкционной прочности, изменению размеров конструкций, а также структуры и коррозионной стойкости отдельных материалов. [c.159]

При создании и эксплуатации композитных конструкций, как правило, применяются высокопрочные коррозионно-стойкие стали в сочетании с другими сталями и сплавами. Выбор материалов определяется не только условиями работы, но и технологической совместимостью материалов в процессе изготовления. Эта особенность проявляется в необходимости проведения технологических операций с использованием нагрева и совместной ТО для получения оптимальных параметров каждого материала в отдельности (высокая прочность, коррозионная стойкость под напряжением и т.д.). Кроме того, важно исключить возникновение дополнительных остаточных напряжений в процессе изготовления и добиться стабильных размеров деталей и изделий, а при создании напряженных конструкций — заданных уров- [c.159]

Внедрение композитов в тонкостенные несущие элементы конструкций и их широкое использование в разнообразных изделиях современной техники выявили необходимость учета новых факторов и поставили перед учеными и специалистами принципиально новые важные задачи механики как композитных материалов, так и конструкций на их основе. К таким факторам, в значительной степени определяющим несущую способность композитных оболочек, следует отнести резко выраженную анизотропию деформативных свойств армированного материала и его низкое сопротивление трансверсальным деформациям. Классическая теория оболочек пренебрегает такими деформациями, что потребовало отказа от традиционных расчетных схем и разработки уточненных математических моделей деформирования тонкостенных слоистых систем. Поэтому создание новых и развитие существующих уточненных методов расчета слоистых анизотропных пластин и оболочек, их апробация и определение границ применимости является важной и актуальной задачей. [c.5]

Рациональное проектирование является наиболее актуальной задачей для конструкций из композитных материалов, так как материал создается вместе с конструкцией и с технологической точки зрения наиболее удобно осуществить целевую оптимизацию изготавливаемого изделия. [c.46]

Кислотоупорный цемент — это композитный материал, получаемый смешиванием жидкого стекла, отвердителя и наполнителя. Его применяют для изготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов. С помощью замазок и растворов производят крепление штучных кислотоупорных материалов при футеровке строительных конструкций и химической аппаратуры, из бетонов изготовляют различные строительные констру кции и оборудование (различные эстакады, плиты перекрытий, полов, ванны и т. п.), предназначаемые для эксплуатации в условиях сильнокислых сред. Для пластифицирования смеси вводят комплексную добавку (катапин + сульфонол), которая проявляет и свойства ингибитора коррозии. [c.110]

Композиты являются неоднородными материалами, причем степень их неоднородности характеризуется двумя уровнями (рис. 1.1). Первый уровень (микронеоднородность) связан с наличием в материале двух фаз — матрицы или связующего и армирующих элементов (волокон) или наполнителей (частиц) различной природы. Микронеоднородность, как правило, принимается во внимание лишь в специальных задачах, связанных с определением свойств композиции по свойствам и объемному содержанию ее компонентов, анализом взаимодействия волокон и матрицы и других, которые относятся к исследованию структурных характеристик композитов как конструкционных материалов. Эти вопросы рассматривались в первой части справочного пособия. В настоящей части обсуждаются композитные детали и элементы конструкций. [c.301]

В последнее время началось практическое применение бесконтактного лазерного возбуждения упругих колебаний. Для приема сигналов используют пьезопреобразователи, ЭМА-приемники и оптические интерферометры. Лазерный способ излучения и приема используют, в частности, для контроля многослойных конструкций и изделий из полимерных композитных материалов. [c.231]

Преимущественная область применения методов и техники СВЧ - это контроль полуфабрикатов, изделий и конструкций из диэлектрических, композитных, ферритовых и полупроводниковых материалов. При контроле объектов из различных металлов и сплавов радиоволны могут использоваться только для измерения геометрических размеров, так как от металлических структур радиоволны полностью отражаются. Поэтому измерение толщины металлических листов, проката, лент возможно только при двухстороннем расположении измерительных преобразователей. [c.420]

НЫХ конструкций (см., например, [1, 7, 8, 12, 16, 21, 22, 28, 30, 35]). Выбор материала элементов модели композитной конструкции определяется необходимостью выполнить условия моделирования. В случае упругих материалов необходимо в модели создать соотношение модулей упругости сопрягаемых элементов, такое же как в натурной конструкции. Кроме этого, и коэффициенты Пуассона сопрягаемых элементов должны быть такими же, как в натуре. [c.286]

В моделях композитных конструкций возникают некоторые трудности при разделении напряжений на поверхности скрепления элементов из разных материалов, для упрощения этой процедуры используют данные, получаемые дополнительно с помощью других экспериментальных методов сеток и муаровых полос (см. например, [И, 12, 20]), фотоупругих покрытий [2, 21, с. 156— 159]. [c.287]

При изготовлении моделей композитных конструкций материал холодного отверждения заливают в форму, повторяющую конфигурацию модели. В нее вставляются армирующие элементы композитной модели, с которыми заливаемый материал скрепляется в процессе полимеризации. Форму изготовляют из фторопласта или из металла (сталь, дюралюминий), в последнем случае с анти-адгезионным покрытием (силиконовым маслом, фторопластом и др.). Армирующие элементы изготовляют из разных материалов Б зависимости от требуемого соотношения модулей упругости и величины коэффициента Пуассона (из металла, эпоксидной смолы, стекла и пр.). Величину требуемой деформации и количество 19 291 [c.291]

Укажем на наиболее существенные особенности предлагаемого третьего издания учебника. В технике вообще и в строительстве в частности все более широкое применение находят элементы конструкций, изготовленные из композитных или неоднородных материалов. Этим вопросам уделено значительное внимание. [c.3]

Преимущественная область применения методов и техники СВЧ - это контроль полуфабрикатов, изделий и конструкций из диэлектрических, композитных, ферритовых и полупроводниковых материалов, в которых радиоволны распространяются [7]. [c.12]

Поскольку баллон является одной из разновидностей сосудов, работающих под давлением, на него распространяются все требования и ограничения Госгортехнадзора России. Важнейшей характеристикой сосуда давления является уровень разрушающего давления, определяющий запас прочности конструкции. По требованиям Госгортехнадзора давление разрушения любого сосуда давления должно превышать его рабочее давление не менее чем в 2,6 раза. Для композитных конструкций баллонов по требованиям проекта стандарта ИСО и других зарубежных стандартов расчетное давление разрушения должно определяться на основе анализа напряжений, действующих в композиционном материале. При этом отношение напряжений в волокне при давлении разрушения и ра- [c.139]

В наш век с усложнением форм строительных конструкций, появлением авиастроения, разнообразными запросами машиностроения роль методов теории упругости резко изменилась. Теперь они составляют основу для построения практических методов расчета деформируемых тел и систем тел разнообразной формы. При этом в современных расчетах учитываются не только сложность формы тела и разнообразие воздействий (силовое, температурное и т. п.), но и специфика физических свойств материалов, из которых изготовлены тела. Дело в том, что в современных конструкциях наряду с традиционными материалами (сталь, дерево, бетон и т. д.) широкое применение получают новые материалы, в частности композиты, обладающие рядом специфических свойств. Так, армирование полимеров волокнами из высокопрочных материалов позволяет получить новый легкий конструкционный материал, имеющий высокие прочностные свойства, превосходящие даже прочность современных сталей. Но наличие полимерной основы наделяет такой композитный материал помимо упругих вязкими свойствами, что обязательно должно учитываться в расчетах. Даже в традиционных материалах в связи с высоким уровнем нагружения, повышенными температурами возникает необходимость в учете пластических свойств. Все эти вопросы теперь составляют предмет механики деформируемого твердого тела. [c.7]

Механика разрушения как наука о равновесии и распространении трещин в деформируемых телах бурно развивается под влиянием все более глубокого проникновения в ее арсеналы численных методов решения задач механики, с одной стропы, и привлечения результатов, полученных в физике твердого тела,— с другой. Здесь актуальными являются проблемы зарождения и развития усталостных трещин, долговечность конструкций в агрессивных средах, распространение трещин в композитных материалах и др. [c.389]

Метод полимеризации впервые был описан в рз/боте [98], а его разработка и проверка с использованием отечествен НЫ1Х материалов приведены в работах [28, 85, 86]. В процессе полимеризации в материале иропсходят сложные превращения и изменения свойств, которые пока не удается описать количественно. Тем не менее в последние годы интерес к этому методу повышается [121, ГЗО] именно в связи с необходимостью изучения напряжений в композитных конструкциях и материалах. Обоснование возможности его использования и выявление круга задач, для которых он применим, может быть проведено экспериментальным путем точно [c.80]

Метод не получил пока широкого распространения. По-видимому, это связано с тем, что в процессе полимеризации в материале происходят сложные превращения и изменение свойств, которые трудно описать количественно. Это усложняет теоретическое обоснование метода. Тем не менее в последние годы интерес к этому методу повышается (см. работы [36, 41 ]) именно в связи с необходимостью изучения напряжений в композитных конструкциях и материалах. Обоснование возможности его использования и выявление круга задач, для которых он применим, может быть проведено экспериментально точно так же, как это обстояло с разработкой и обоснованием широко распространенного ныне метода замораживания . Вообще в последние годы при изучении напряжений поляризационно-оптическим методом используют все более сложные свойства полимеров, проявляемые ими в недопо-лимеризованном состоянии, под воздействием различных облучений и т. п. К таким неклассическим методам следует отнести и метод полимеризации. [c.289]

Второй вариант метода стесненной усадки, разработанный Семпсоном [40 ], позволяет фиксировать температурные деформации, возникающие в модели композитной конструкции, и поэтому более удобен при изучении объемных задач, чем рассмотренный выше вариант с применением полиуретановых моделей (см. также [21, с. 71—80, 33, 34)). Модель отливают из фенолформальдегидных и эпоксидных смол горячего отверждения и полимеризуют при высокой температуре (80—150° С в зависимости от типа материала). После охлаждения до комнатной температуры температурные деформации и напряжения оказываются в модели замороженными . Модель разрезают и проводят измерение напряжений при просвечивании срезов в полярископе. Недостатком этого варианта метода является невозможность регулирования при выбранном материале величины возникающих остаточных напряжений. В результате часто, особенно при использовании эпоксидных смол, происходит разрушение модели в процессе ее охлаждения, когда возникающие напряжения превышают предел прочности материала. Более удобный способ фиксации температурных напряжений в объемных моделях, исследуемых методом стесненной усадки, разработан авторами и описан в следующем разделе. [c.309]

Преимущественная область применения методов и техники СВЧ — это контроль полуфабрикатов, изделий и конструкций из диэлектрических, композитных, ферритовых и полупроводниковых материалов, в которых радиоволны распространяются. От металлических структур радиоволны полностью отражаются, поэтому их применение возможно только для контроля геометрических параметров и поверхностных дефектов, а в случае толщиноме-трии металлических лент, листов, проката требуется двустороннее располо- [c.205]

Разрушение композитных конструкций определяется совместным действием температурных напряжений и напряжений от внешней 1нагрузки, Композитные материалы могут разрушаться как по поверхпости скрепления сопрягае.мых элементов, так и по основному материалу, причем чаще разрушение начинается в местах концентрации напряжений. Некоторые при.меры характерных разрушений композитных конструкций показаны на рнс. 1.2. Вблизи края металлО Пластмассовых (или иных составных) полос и пластин на поверхности скрепления возникают значительные касательные напряжения т (рис. 1.2, а). Резко увеличиваются з,десь также и. нормальные напряжения, перпендикулярные и параллельные поверхности 10крепления. В результате часто происходит расслоение полос и пластин у края по.верхностей скрепления (трещина /). На рис. 1.2, б показана радиальная трещина // между зубьями металлопластмассовой шестерни. Раврунгение, вызванное совместным действием температурных напряжений и напряжений от рабочей нагрузки на зуб, произошло по основному материалу шестерни. В толстостенных металлопластмассовых цилиндрических втулках [c.6]

П. т. используется для анализа напряжённо-деформированного состояния и времени работоспособности элементов конструкций, материал к-рых обладает свойствами ползучести и длит, прочности. Соотношения (1), (2) дополняют систему ур-ний равновесия и совместности до полной. В условиях ползучести при пост. внеш. воздействиях может со временем произойти потеря несущей способвостя отд. элементов конструкций и конструкции в целом. Это относится, в частности, к потере устойчивости элементов типа арок и оболочек, где возможна потеря устойчивости при нагрузках, существенно меньших, чем вызывающие мгновенную потерю устойчивости при нагружении. Важное значение имеют расчёты длит, прочности, когда возможно наступление мгновенного разрушения при длит, эксплуатации в условиях стационарного режима нагружения. П. т. позволяет найти оптиы. режимы ряда технол. процессов высокотемпературной обработки металлов, изготовления композитных материалов и оценить временные процессы при деформации грунтов, ледников и др. природных сред. [c.10]

Исследования структуры и свойств мартенситно-стареющих сталей (гл. 6) проводили с целью разработки оптимальных режимов термообработки композитных конструкций, обеспечивающих повышение прочности изделий. Это имеет важное практическое значение при создании конструкций, работающих в агрессивных средах, при высоких давлениях и теплообмене. Исследования характеристик трещино-стойкости волокнистого бороалюминиевого композита (гл. 8) были предопределены необходимостью оценки несущей способности элементов ферменных конструкций космических аппаратов с учетом влияния технологических и эксплуатационных дефектов. Интенсивное развитие нанотехнологий, использующих новый класс материалов — ультрадисперсные порошки химических соединений, привело к резкому увеличению числа работ по их практическому применению для повышения качества металлоизделий. Результаты 20-летних исследований в этом направлении представлены в гл. 9. Широкие перспективы использования керамических материалов, в частности конструкционной керамики на основе оксида алюминия, а также проведенные исследования обозначили ряд проблем при изготовлении изделий — недостаточная эксплуатационная надежность, хрупкость, сложность формирования бездефектной структуры. Отсюда возникли задачи исследования трещиностойкости керамики в связи с влиянием структуры, свойств и технологии ее получения (гл. 10). [c.9]

Сами технические сверхпроводящие провода представляли собой сложные композитные конструкции из разнородных материалов с уль-тратонкими (до долей микрона) нитями собственно сверхпроводника. Наукоемкая технология их изготовления (рис. 8.17) была освоена СССР, США, Японией, ФРГ и другими индустриально развитыми странами. [c.589]

Можно выделить два основных подхода к определению физико-механических свойств композита — феноменологический и структурный. В рамках первого из них армированные материалы рассматриваются как однородные среды с анизотропными свойствами. Связь между напряженным и деформированным состояниями представляется на основе уравнений теории анизотропных сред. Остающиеся неизвестными параметры уравнений состояния определяются путем механических испытаний образцов из композитного материала. Следует отметить, что армированный материал, как правило, создается вместе с конструкцией, и даже для конструкций относительно простой геометрии его физико-механические характеристики могут оказаться переменными. С этим обстоятельством, выявляющимся, например, при рассмотрении круговой пластинки, армированной вдоль радиальных линий волокнами постоянного сечения, связаны дополнительные трудности в реализации такой программы экспериментов. Отметим также, что в рамках феноменологического подхода остается невскрытой связь между средними напряжениями и деформациями композитного материала и истинными напряжениями и деформациями составляющих его компонентов. Это не позволяет ставить и решать задачи оптимального проектирования композитных оболочеч-ных конструкций. [c.27]

Исследование прочности болтовых соединений при статических и переменных нагрузках с различной величиной предварительной затяжки показывает существевное увеличение долговечности соединений и прочности на смятие. При выборе метода выполнения соединения композитных конструкций необходимо стремиться сохранять повышенную затяжку болтов или заклепок и снижать величину натяга. На рис. 8.12 представлены данные по изменению долговечности клепаных соединений углепластика марки КМУ-1 у, полученных разными методами с использованием заклепки из материалов с разной прочностью. Наибольший эффект обеспечивает клепка давлением с раскаткой (кривая 3) заклепок из стали марки 1Х18Н9Т с прочностью = 720 МПа. [c.500]

Рассмотрим несколько примеров применения разработанной методики для исследования температурных напряжений в композитных конструкциях методолг стесненной усадки. Метод позволяет изучать напряжения на поверхности скрепления элементов из разных материалов, которые часто достигают большой величины и приводят к разрушению материала или к отслаиванию скрепляемых элементов. Особенно большие напряжения обычно возникают по краям поверхности скрепления, причем их можно существенно снизить рациональным выбором формы края. Например, нами были проведены исследования по изучению влияния формы края на концентрацию напряжений. При этом испытывали модели в виде полос из полиуретана, скрепленных по одной из сторон с металлическими жесткими планками (дюралюминий). На рис. 12 приведены картины полос интерференции для двух таких моделей 306 [c.306]

Если еще несколько лет назад баллоны изготавливались только из углеродистых или легированных сталей, то в последние годы с использованием прогрессивных материалов и технологий освоены композитные конструкции баллонов, состоящие из внутренней тонкостенной металлической или полимерной оболочки (лейнера) и внешней силовой оболочки из композиционного материала на основе стеклянных, углеродных или органическйх волокон. Применение композиционных материалов позволяет значи- [c.138]

В последние десятилетия наряду с традиционными материалами появились новые искусственные материалы — так называемые композиты. Строго говоря, термин композитный материал или композит следовало бы относить ко всем гетерогенным материалам, состоящим из двух или большего числа фаз. Сюда относятся практически все сплавы, применяемые для изготовления элементов конструкций, несущих нагрузку. Соединение хаотически ориентированных зерен пластичного металла и второй более прочной, но хрупкой фазы позволяет в известной мере регулировать свойства конечного продукта, т. е. получать материал с необходимой прочностью и достаточной пластичностью. Усилиями металлургов созданы прочные сплавы на основе железа, алюминия, титана, содержащие различные. тегирующие добавки. Достигнутый к настоящему времени предел прочности составляет примерно 150 кгс/мм для сталей, 50 кгс/мм для алюминиевых сплавов, 100 кгс/мм для титановых сплавов. Эти цифры относятся к материалам, из которых можно путем механической обработки получать изделия разнообразной формы. Теоретический предел прочности атомной решетки металла, представляющий собою верхнюю границу того, к чему можно в идеале стремиться, по разным моделям оценивается по-разному, в среднем это 1/10—1/15 от модуля упругости материала. Так, для железа теоретическая прочность оценивается значением примерно 1400 кгс/мм что в десять раз выше названной для сплава на железной основе цифры. В настоящее время существуют способы получепия тонкой металлической проволоки или ленты с прочностью порядка 400—500 кгс/мм , что составляет около одной трети теоретической прочности. Однако применение таких проволок пли лент в конструктивных элементах неизбежным образом ограничено. [c.683]

Практика эксплуатации современных машин и сооружений при экстремальных условиях их работы, происходящих зачастую при высоких уровнях напряжений и температуры, свидетельствует о наличии ярко вырая енной временной зависимости процесса разрушения. Во многих случаях полному разрушению тела предшествует длительное устойчивое развитие трещины, причем величина этого периода может составлять значительную часть долговечности элемента конструкции. Такое длительное разрушение, происходящее нередко при постоянных внешних нагрузках, особенно характерно для полимеров, композитных материалов и металлов при высоких температурах. Причиной медленного роста трещины в таких случаях обычно являются ползучесть материала и накопление рассеянных поврея дений. [c.299]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...