Типы композитов

Настоящее обсуждение не ограничено одним только типом композитов — рассмотрены композиты с полимерной, металлической и керамической матрицами, а также композиты, упрочненные частицами, и волокнистые композиты. Кроме того, вопросы разрушения и усталости рассматриваются также и в других томах настоящего издания, и в них дано соответствующее широкое обсуждение этих вопросов. Тем не менее я чувствовал, что отдельный том по разрушению и усталости, в котором рассмотрение не ограничено типами материалов, мог бы помочь перенести некоторые достижения технологии, разработанной для одного класса материалов, на другие классы. Например, очень часто исследователи, занимающиеся композитами с полимерной матрицей, не читают литературу по металлам, и наоборот. [c.9]

Со времени появления в начале шестидесятых годов так называемых современных типов композитов связанные с этими материалами области науки и техники значительно расширились. Это объясняется в основном стремлением применить новые высокопрочные и высокомодульные, но легкие материалы в конструкциях летательных аппаратов. Надо сказать, что методы исследования и предсказания упругих свойств современных композитов достаточно хорошо изучены, однако при оценке неупругого поведения этих материалов инженеры столкнулись с некоторыми весьма сложными проблемами. При этом особенно трудным оказалось предсказание разрушения конструкций из композита. [c.7]

Тип композита вв - вв Дата Содержание, % в- МПа Он- МПа и. ГПа [c.297]

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]

Первый вариант пособия был написан главным образом на основе опыта испытаний стеклопластиков. Появление и все возрастающее применение новых типов композитов и прежде всего угле- и боропластиков заставило оценить приемлемость существующих методов для высокомодульных материалов и дополнить книгу рассмотрением новых методов и приемов испытания современных типов композитов. Авторам удалось привлечь много нового материала. [c.7]

В большинстве проведенных к настоящему времени работ по исследованию микромеханического поведения композитов явно или неявно предполагается, что компоненты композиционного материала являются линейно упругими. Однако при приложении нагрузки многие из этих материалов, в особенности материалы, которые обычно используются для изготовления матрицы, не сохраняют своих линейных свойств. Для некоторых материалов эта нелинейность может быть хотя бы частично обусловлена вязкоупругостью — временными эффектами, которые обсуждались в гл. 4. С другой стороны, как только приложенная нагрузка превосходит определенное значение, равное пределу текучести материала, для большинства материалов обнаруживается нелинейность, не зависящая от временных факторов. Этот последний тип нелинейности, проявляемый вне упругой области, называется пластичностью. Таким образом, термин упругопластическое поведение обычно означает, что рассматривается процесс нагружения в целом. [c.197]

Быстро растущий в последнее время интерес к поверхностям раздела станет понятным, если проследить историю развития композитов с металлической матрицей. Ранние работы по композитным материалам были направлены на выявление принципов, определяющих их эксплуатационные характеристики. Для этой цели, были удобны простые модельные системы. При выборе модельных систем руководствовались в основном совместимостью упрочните-ля и матрицы модельные системы состояли из матриц (нанример,. серебра или меди), химически малоактивных но отношению к упрочнителям (например, вольфраму или окиси алюминия). Хотя в этих работах и признавалась важная роль поверхностей раздела, модельные системы позволяли сравнительно легко получать тип поверхности, обеспечивающий необходимую передачу нагрузки от одного компонента композита к другому. В системах, представляющих большой практический интерес, матрицами служат обычные конструкционные материалы, такие, как алюминий, титан,, железо, никель они обладают большими реакционной способностью и прочностью, чем матрицы модельных систем. Повышенная реакционная способность затрудняет управление состоянием поверхности раздела, а для передачи больших нагрузок требуется более высокая прочность этой поверхности. Таким образом, состояние поверхности раздела становилось все более важным фактором по мере того, как интересы исследователей перемещались от модельных систем к перспективным инженерным материалам. [c.12]

Свойства трех типов композитов, изготовленных на основе эпоксидных, полиэфирных и вискеризованных волокон, приведены в работе [25]. Так, прочность при срезе углепластиков на основе обычных волокон составляла 28 МПа углепластики, армированные вискеризованными волокнами, от [c.211]

До сих пор большая часть исследований композиционных материалов относилась к волокнистым композитам, среди которых различаются два главных типа композиты с непрерывными волокнами и композиты с короткими (разорванными) волокнами. В свою очередь, в первом из указанных типов длинные волокна могут быть либо расположены строго параллельно друг другу, либо сплетены в ткань, пропитанную полимерным связующим. Поскольку в процессе сплетения возможны повреждения волокон и композит получается более низкого качества, здесь основное внимание будет уделено однонаправленным волокнистым композитам. [c.63]

Одним из типов ТСМ является композит, состоящий из двух или нескольких фаз, которые представляют собой термореологически простые материалы (ТПМ), являющиеся вязкоупругими в некотором интервале температур и имеющие разные коэффициенты смещения ат. В дальнейшем такой тип композита будет обозначаться как ТСМ-1 о нем пойдет речь в разд. IV, В при определении эффективных характеристик композитов. [c.122]

ИТ в том, чтобы оценить величину указанного предела. В отсутствие матрицы эта характеристика представляет собой прочность пучка волокон она принимает те же значения и при наличии матрицы, если прочность поверхности раздела при двиге равна нулю. Влияние роста прочности поверхности раздела зависит от свойств упрочнителя. Композиты, армированные непрерыв 1ы ми Волокнами, дисперсия прочности которых равна нулю (т. е. средняя прочность волокна в композите равна прочности пучка воло- кон), нечувствительны к прочности поверхности раздела. С ростом дисперсии прочности волокон все большее число волокон будет разрушаться в слабых точках, расположенных вне плоскости излома. В этих случаях передача нагрузки на неразрушенные участки должна происходить, по механизму, предусматривающему передачу нагрузки через поверхность раздела в матрицу. Когда поверхность раздела становится прочнее матрицы, сдвиг матрицы происходит легче, чем разрушение поверхности раздела, и даль- нейшее увеличение прочности поверхности раздела уже не. влияет на тип разрушения. Такой случай разрушения, не зависящего от состояния поверхности раздела, рассматривается теориями прочных поверхностей раздела. Поскольку продольные свойства дан- ного типа композитов. не зави >сят от состояния поверхности раздела, теории, предсказывающие значения этих свойств, не относятся к предмету настоящей главы. Обзор указанных теорий имеется в гл. 2, посвященной механиче ским аспектам поверхности раздела. [c.140]

Определим модуль упругости при одноосном деформировании двух типов композитов перекрестно армированного материала (со структурой армирования [ ф]) и однонаправленного материала при растяжении под углом ф к направлению армирования. [c.34]

Пластинчатые частицы используются главным образом для наполнения пластмасс [164]. К рассматриваемому типу композитов можно отнести пластины слюды, получаемые при сухом смешивании чешуек слюды со сверхвысоким характеристическим отношением и порошкообразными реактопластами [164]. Известны эпоксидные композиции, включающие чешуйчатые деборид алюминия, диоксид алюминия, карбид кремния. Поскольку используются высокие степени наполнения (60% и выше) и около 10% приходится на поры, то эпоксидная матрица уже не образует непрерывную фазу. Такую композицию можно отнести к рассматриваемому типу. [c.191]

Снижение прочности в результате расслоения зависит от площади расслоения и вида нагружения конкретного слоистого композита. В табл. 3.8 приведена прочность при растяжении квазиизотропных слоистых композитов с разными последовательностями укладки слоев. Первые три тип композитов обнаруживают сильное расслоение до наступления полного разрушения, четвертый (0°/90°/ 45°) разрушается без признаков расслоения. Прочность нерасслоенного слои- [c.179]

Анализ исследований 19—22] свидетельствует о том, что абсолютно лучшей конструкции маховика из композита типа равнонапряженного диска для металлов не существует. В зависимости от назначения и условий работы (маховики для стационарных или подвижных установок, работающие в условиях плавного или импульсного съема мощности, маховики для бытовых нужд или для изделий новой техники и т. д.) конструкция маховика и используемый тип композита могут быть самыми разнообразными. Кроме того, проектирование по энергоемкости не укладывается в рамки традиционных методов расчета деталей машин. Поэтому рассмотрим общие принципы проектирования энергоемких элементов маховиков, затем основные их типы, характерные для композитов, и методы повышения их энергоемкости. [c.417]

Методы механических испытаний и обработки их результатов различны для разных типов композитов. Свойства этих материалов настолько разнообразны, что единый подход едва ли возможен. Так, техника и обработка результатов испытаний материалов, армированных дискретными частицами, и материалов, армированных непрерывными волокнами, во многом различны, так как первые являются квазиизотропными, а вторые — существенно анизотропными материалами. Щменно поэтому необходимо говорить об испытаниях волокнистых композитов, учитывая их анизотропность. Привычные термины испытания на растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб и т. д. становятся бессодержательными без указания направления между нагрузкой и осями упругой симметрии материала. Сказанное йа-ставляет привлечь к описанию свойств изучаемых материалов теорию упругости анизотропных сред [46, 159]. При этом необходимо учитывать особенности строения волокнистых композитов и возможности перехода к сплошной среде. [c.10]

Влияние структуры армирования типа матрицы на сопротивление сдвигу и сжатию пространственно армирован-ных композитов Поликарбон . — Механика композитных материалов, 1985, № 1, с. 37—42. [c.219]

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]

Трехмерная теория для гранулированных композитов также предложена Феррисом [27] она подтверждается немногочисленными пока экспериментами [28]. Кроме того, Шепери [92, 94] использовал неравновесную термодинамику и механику разрушения, чтобы получить трехмерное представление, включающее -эффекты и обратимой нелинейности, и микроструктурных повреждений. Однако последняя теория с двумя типами нелинейности и с наличием или с отсутствием обусловленной пустотами дилатации пока еще не проверена и непригодна для практического применения. Более того, справедливость аналогичной теории (Шепери и др. [98]) для волокнистых пластиков не доказана в настоящее время необходима хорошо продуманная программа одномерных и многомерных опытов для оценки существующих теорий. [c.189]

В работе [12] представлены численные результаты для квадратной укладки круговых включений — волокон — при объемной доле материала волокна 40, 50 и 60%. Были рассмотрены случаи нагрузки как одного из указанных выше типов, так и комбинированные характеристики материала соответствовали в основном бороэпоксидиым композитам, но были исследованы также композиты стекло — эпоксид, графит — эпоксид и бор — алюминий. Хотя полученные результаты решения таких задач не позволяют точно установить пределы изменения параметров композита, они дают возможность хорошо предсказывать развитие зон пластичности при упругопластическом деформировании. [c.226]

Эти исследования можно было бы использовать также для определения таких комбинап ий компонентов композита, при которых получались бы заранее заданные его характеристики. В качестве таких характеристик можно было бы выбрать, например, максимальную прочность, большие деформации при разрыве или хорошие деформационные характеристики при двухосном поперечном нагружении. Сравнительно не исследованной областью является проблема выбора оптимальных кривых одноосного растяжения материалов волокна и матрицы для получения композита с заранее заданными свойствами. Этот тип информации был бы очень полезен тем из исследователей, которые занимаются созданием новых видов матрицы и включений. [c.237]

Из-за ограничений типа нерастяжимости и несл<имаемости краевые задачи для идеальных волокнистых композитов ставятся иначе, чем при отсутствии ограничений, а их решения обладают некоторыми необычными свойствами. Для того чтобы исследовать эти свойства в возможно более простом случае, в настоящем разделе мы рассматриваем бесконечно малые плоские деформации материалов, армированных первоначально прямолинейными параллельными волокнами. Помимо всего прочего, оказывается, что поле напряжений в идеальном волокнистом материале может иметь особенности типа дельта-функции Дирака, соответствующие приложенным к отдельным волокнам [c.291]

Теория, известная под названием теория эффективных жесткостей , по-видимому, впервые использовала континуальную модель слоистой среды и волокнистого композита, учитывающую такой типично динамический эффект как геометрическая дисперсия. Простейший вариант этой теории для волокнистого композита был предложен в статье Ахенбаха и Геррмана [4]. В данной работе мы дадим краткое описание более современной теории типа теории эффективных жесткостей, использующей непрерывную однородную модель волокнистого композита полностью и со всеми деталями она изложена в статье Ахенбаха и Сана [6]. [c.375]

Многие динамические теории континуума типа теории эффективных жесткостей весьма близки к теориям линейно упругих сред со сложной микроструктурой, развитым Миндли-ном [48]. Новые материальные константы, появляющиеся в таких теориях, в случае направленно армированных композитов определяются непосредственно в виде функций параметров, характеризующих расположение компонентов, и классических упругих постоянных компонентов. Вид такой зависимости в про-стейщей теории слоистой среды был указан в работе Геррмана и Ахенбаха 34]. [c.380]

Первоначально анализ ограничивался изучением поверхности изолированных включений типа стержней. Некоторые эксперименты, в которых применялся метод рассеянного света и исследовались одиночные включения в виде стержней, описаны в работах [52, 41]. О первом подробном исследовании напряжений в реалистической трехмерной модели композита сообщили Мар-лофф и Дэниел [47]. В этой работе обычная методика замораживания напряжений применялась для определения напряженного состояния в матрице однонаправленно армированной композиционной модели, подвергающейся усадке и нормальной поперечной нагрузке. В этой модели отношение модулей материала матрицы и включений приближалось к соответствующем отношению для боропластика. [c.527]

В книге рассмотрены вопросы строения поверхностей раздела и типы связи между компонентами, физико-химические процессы, протекающие на поверхностях раздела при получении и эксплуатации композитов, механическое взаимодействие между компонентами через поверхность раздела и его влияние на механические свойства и характеристики разрушения. Следует подчеркнуть, что, наряду с обширным экспериментальным материалом, в книге впервые анализируются некоторые полуколичественные теории, например, теории поверхностей раздела в композитах псевдопервого и третьего классов. [c.5]

Первоначально при выборе матрицы и волокна для всех систем предполагали использовать те же основные принципы, что и для модельных систем. Джех и др. [22] показали справедливость правила смеси для композитов как с непрерывными, так и с короткими волокнами, избрав для этого систему медь — волокно. Медь и вольфрам, по существу, взаимно не растворимы и не взаимодействуют химически соответственно они не образуют соединений. Таким же образом Саттон и др. [38] на модельной системе серебро — усы сапфира убедительно продемонстрировали эффект упрочнения нитевидными кристаллами. Степень взаимодействия между серебром и усами сапфира даже меньше, чем между медью и вольфрамом, поскольку расплавленное серебро не смачивает сапфир. Для улучшения связи с расплавленным серебром те же авторы напыляли на поверхность сапфира никель. Однако связь между никелем и сапфиром была, вероятно, чисто механической, а на поверхности раздела никель — сапфир твердый раствор не образовывался. Поэтому не удивительно, что Хиббард [21] в обзоре, представленном в качестве вводного доклада на конференции 1964 г. Американского общества металлов, посвященной волокнистым композитным материалам, счел необходимым заключить Для взаимной смачиваемости матрицы и волокна необходимо, чтобы их взаимная растворимость и реакционная способность были малы или вообще отсутствовали . Это условие, как правило, реализуется для определенного типа композитных материалов, а именно, ориентированных эвтектик. Во многих эвтекти-ках предел растворимости несколько изменяется с температурой, что, вообще говоря, является причиной нестабильности, хотя в известной степени и компенсируется особым кристаллографическим соотношением фаз. Однако в большинстве практически важных случаев это условие не выполняется. После конференции 1964 г. основные успехи были достигнуты в области управления состоянием поверхности раздела между упрочнителем и матрицей. Ни серебро, ни медь не являются перспективными конструкционными материалами. Что же касается реакций между практически важными матрицами и соответствующими упрочнителями, то они очень сложны и могут приводить к самым разнообразным типам поверхностей раздела. [c.13]

Рис. 1. Типы реакции в композитах медный сплаи — вольфрамовая проволока [29].

Термин значительное изменение химического состава относится также и к малым изменениям, рассмотренным, в частног сти, Грэхемом и Крафтом [20] в связи со стабильностью эвтектических композитов. В этом случае изменения растворимости возникают из-за различия в кривизне поверхностей раздела, как эта следует из соотношения Томсона — Фрейндлиха. Аналогичным образом такому определению удовлетворяют и малые содержания растворенных примесей, ускоряющих рекристаллизацию, что наблюдалось, например, в системе u(Ni)—W [28, 34]. Сюда может быть включен и случай сегрегации элементов на поверхности раздела например, как показано Саттоном и Файнголдом [37], цирконий переходит из никелевого сплава к поверхности раздела с окисью алюминия, что усиливает их связь. Под это определение попадают и связи типа окисных, предложенные для систем псев-допервого класса. Эти связи реализуются между последовательно расположенными фазами от матрицы через поверхность раздела матрица — окисел, окисную пленку и поверхность раздела окисел— упрочнитель к упрочнителю. [c.18]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...