Композиты, армированные волокном

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]

В композитах, армированных волокнами, при распространении волн в направлении волокон последние работают как волноводы. Если же волна движется перпендикулярно волокнам, то [c.380]

Применяя результаты, полученные на моделях, к композитам, армированным волокнами бора, следует отметить, что коэффициент концентрации напряжений, определенный на моделях, без существенных изменений переносится на моделируемый композит. Чтобы получить значение концентрации деформаций в этом композите, следует принять в расчет зависимость модуля композита от отношения модулей материалов волокна и матрицы. Для моделируемого композита это отношение равно 100, тогда как для модели оно составляет 55. [c.515]

Композиты, армированные волокнами, ориентированными [c.293]

Рис. 39. Зависимость максимальной концентрации сдвиговых (напряжений на поверхности раздела в эпоксидных композитах, армированных волокнами из 5-стек-ла, от содержания волокна [15].

Относительно малое число исследований было проделано по изучению влияния окружающей среды на усталостную прочность композитов, но полученные до сих пор результаты показывают, что усталостная прочность композитов в условиях однородного нагружения в заметной мере сохраняется и при повышенных температурах. Было показано, что влажность окружающей среды оказывает вредное действие на усталостную прочность алюминиевого сплава с направленной эвтектикой и композитов, армированных волокнами бора, при продольном расщеплении. [c.438]

В ЭТОМ смысле представляет уже рассмотренное поведение цементированного карбида. Много подобных примеров можно найти в поведении неармированного бетона, скальных пород, композитов, армированных волокнами, и других полезных составных материалов. Значительная неупругая податливость, вязкость и нелинейность зависимости о(е) этих материалов на микроуровне едва ли проявляются на макроуровне до наступления разрушения при нагружении материала растягивающими и касательными напряжениями. [c.15]

Наконец, следует отметить, что приведенные рассуждения применимы в равной мере к композитам, армированным волокнами и частицами. Поэтому фактически рассмотрены оба типа армирования, хотя основное внимание уделено композитам, армированным волокнами. [c.181]

Рис. 1.2. Изменения удельной прочности ст/р материалов, происшедшие с 1900 г. I — сталь 2 — алюминий 3 — стекло — смола 4 — титан 5— композиты, армированные волокнами бор — смола, углерод-смола.

Композиты, армированные волокном [c.13]

В качестве матриц композитов, армированных волокном, могут быть использованы материалы, указанные в табл. 1.6. По сравнению с наполнителем эти материалы являются мягкими и хорошо формуются. [c.17]

Рис. 2.2. Приближенный состав композита, армированного волокном Л — упрочняющая фаза В—матричная фаза.

Для представленного на рис, 4,29 композита, армированного волокном в одном направлении, формулы (4.34) имеют вид [c.103]

Рис. 5.4. Сопоставление теоретических прочностей с результатами экспериментальных исследований, полученными для композитов, армированных волокном в одном направлении ---теория максимальных напряжений — теория максимальных работ экспериментальные значения.

Цай провел сопоставление указанных выше теорий прочности для композита, армированного волокнами в одном направлении. Пример такого сопоставления приведен на рис. 5.4 [5.4]. В качестве матрицы использовалась эпоксидная смола, а в качестве армирующего материала — стекло Е. Проведенные исследования показали, что в основных направлениях композит обладает следующими характеристиками прочности [c.112]

И влажность (рис. 6.22) [6.14]. Экспериментальные исследования показывают, что с падением температуры происходит возрастание ударной вязкости. Для рассмотренных случаев влияние влажности на ударную вязкость оказалось небольшим. Существенным фактором для сопротивления удару является содержание стекловолокна в композите [6.15]. Из рис. 6.23 видно, какой ударной вязкостью по сравнению с ме таллами обладают композиты, армированные волокном. [c.165]

Сопоставление ударных вязкостей по Шарли (с надрезом) для различных композитов, армированных волокнами в одном направлении [c.167]

В настоящее время проведено небольшое число исследований, в которых усталостное поведение материала рассматривается с помощью различных методик, описывающих механику разрушения. Следует иметь в виду, что для армированных пластиков из-за влияния вязкости диаграмма S—N зависит от циклической скорости. Делать какие-либо обобщающие выводы для этой зависимости, по-видимому, не рационально, поскольку существует большое разнообразие как композитов, армированных волокнами, так и материалов, упрочненных частицами. Здесь предпринята попытка использовать механику разрушения при рассмотрении задач усталости композитов, основываясь на исследованиях, проведенных в последнее время, в которых содержатся наиболее фундаментальные положения. [c.180]

Усталостная прочность полимерных композитов, армированных волокнами [c.188]

Усталостная прочность металлических композитов, армированных волокном [c.195]

Рис. 7.1. Приближенная схема проектирования элемента конструкции из композита, армированного волокном.

Для случая, когда g принимает нулевое значение, можно найти решение уравнения, основываясь на решении для изотропного случая. Для рассматриваемого композита, армированного волокнами, в общем случае > 0. Следовательно, [c.203]

Несмотря на идеализированный характер модели Купера и Келли [6], приведенные уравнения выявляют важную роль статистического распределения прочности волокон. Если волокна бездефектны, т. е. а = а, работа их разрушения равна нулю она растет, достигая максимума, когда а равна нулю (т. е. для коротких волокон) и когда критическая длина lap равна d. Авторы показали, что при этих условиях работа разрушения волокна уменьшается до значений, полученных Коттреллом [7] для вязкости разрушения композитов, армированных волокнами длиной /кр, по механизму в1ытягивания волокон. [c.144]

Ноуан и сот р. [21] обсуждали обе эти проблемы применительно к композитам, армированным волокнами окиси алюминия. В их работе для уменьшения механических повреждений поверхности волокон применялись покрытия. Авторы пришли к выводу,. [c.153]

И композит титан — бор, и композит титан — борсик относятся к третьему классу, так как на поверхности раздела волокно — матрица образуется продукт реакции. Зависимость прочности этих композитов, армированных волокнами диаметром 100 мкм, от степени взаимодействия на поверхности раздела исследовали в Отделении солнечной энергии компании Интернэйшнл Харвестер [19]. В этом исследовании определяли прочность при внеосном нагружении композита до и после отжига и сопоставляли изменение прочности с типом разрушения. [c.210]

Одна из основных целей разработки композитов с металлической матрицей состоит в возможности значительного повышения прочности металла при растяжении, по крайней мере в направлении волокон. Однако, как следует из модели Саттона и Файнголда [47], на основании которой были объяснены прочность связи и характер разрушения в опытах с сидячей каплей (рис. 12), имеются веские доводы, говорящие о снижении прочности волокна как в процессе изготовления композита, так и при последующей работе волокна в матрице. Для количественного измерения степени разупрочнения композитов Ni —AI2O3 Ноуан и др. [39] использовали вместо тонких нерегулярных усов стержни сапфира диаметром 0,5 мм, которые легче было испытывать на изгиб. Стержни были "изготовлены бесцентровым шлифованием так, чтобы ось с была под углом 60° к оси стержня (далее они называются 60°-ные волокна ). В табл. 5 приведены данные о прочности волокон с различными покрытиями, после отжига, травления и других обработок. J Ia основе этих данных авторы пришли к выводу, что никелевые композиты, армированные волокнами сапфира с покрытиями из аольфрама или монокарбидов, нельзя изготавливать или ис- [c.340]

Рис. 12. Микрофотографии поверхности разрушения эпоксидных углепластиков, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа [17]. а — при продольном нагружении композита, армированного волокнами ТКогпе1-50 б — при поперечном нагружении того же композита в — при продольном нагружении композита с высокой прочностью на растяжение г — при поперечном нагружении того же композита [17].

Рис. 38. Зависимость напряжения, передаваемого на волокно (а), эффективных термических напряжений (б) и неэффективной длины волокон (е) в однонаправленных композитах, армированных волокнами 8-стекла, от содержания волокна [15].

Наряду со стекловолокном основными упрочнителями композитов являются углеродные (графитовые) волокна, нитевидные кристаллы и волокна нз высокопрочных металлов, таких, как бор. Эти волокна менее чувствительны к воде, чем стеклянные, уже потому, что они не так гидрофильны. Вайетт и Эшби [78] сравнивали действие воды на полиэфирные композиты, армированные волокнами углерода и Е-стекла. В обоих случаях наблюдалось набухание смолы, однако интенсивно ра сслаивался только стеклопластик. Предполагалось, что волокна из металлов или из окислов металлов не более гидрофильны, чем кварц, а, как уже отмечалось [2], кварцевые волокна не расслаиваются при выдержке композита в воде. Тем не менее металлы и окислы металлов (в отличие от углерода) подвержены коррозии под напряжением [76]. Очевидно, накопление воды на поверхности раздела между окислом металла и полимером, которое является следствием гидрофильного загрязнения, приводит к образованию дефектов и разрыву волокна. [c.115]

Отправляясь от более низкой температуры (1093 С), можно видеть (рис. 24, а), что для продолжительности нагружения, большей 8 час, волокна в композите теряют часть своей длительной прочности. Потеря почти постоянна и мала для более толстых проволок, а более тонкие быстро теряют свои прочностные качества. Для продолжительности нагрузки менее 30 час композит с более тонкими проволоками предпочтительнее композита, армированного волокнами с большим диаметром. Гораздо большая потеря свойств волокна в композите проявляется при 1204 °С (рис. 24, б). РГнтересно напомнить, что для армированной вольфрамом меди среднеквадратичная длительная прочность волокон, вычисленная из экспериментов на композите по той же самой фор- [c.303]

В рассмотренном выше изложении неупругого поведения, присущего композитам, многие важные темы опущены. Среди них уменьшение эффективности использования композитов, армированных волокнами, при создании элементов конструкций, нагрул аемых плоской или пространственной системой сил, по сравнению с обычными конструкционными материалами. Потери вызваны уменьшением доли волокон по сравнению с максимальной, которая может быть достигнута на однонаправленном материале. Прочность композита, армированного в плоскости или в пространстве, уменьшается минимум в два раза из-за того, что волокна в отличие от традиционных материалов могут воспринимать нагрузку только в одном направлении. [c.29]

Проявление нелинейного, зависящего от времени, поведения многими из композитов, армированных волокнами или частицами, в значительной степени объясняется явлением микрорастрескивания. Предложенные в настоящее время уравнения состояния позволяют учесть разрушение на микроуровне. Однако если говорить о практически применимых надежных инженерных методах оценки и анализа поведения композитов при многоосном напряженном состоянии, то предмет нелинейная вязкоупругость композитов еще находится в самой начальной стадии разработки. [c.217]

Разрушение композитов, армированных волокнами, представляет собой очень сложный процесс, при рассмотрении которого приходится принимать во внимание множество факторов, например разрыв волокон, вытягивание их и т.д. Бомон выделил основные факторы и определил их связь с особенностями разрушения композита. Здесь предпринята попытка в общих чертах ознакомить читателя с наиболее интересными аспектами процесса разрушения, а также исследованиями возможностей использования положения линейной механики разрушения при проектировании композитов, армированных волокном. [c.98]

Примером полимерных систем могут служить композиты, у которых в качестве связующего используются полиэфирные или эпоксидные смолы, а в качестве наполнителя — сплошные мелкие стеклянные шарики (стеклянные микрозерна), полые мелкие стеклянные шарики (стеклянные микробаллоны), СаСОз, песок и т. д. В отличие от композитов, армированных волокном, композиты, армированные частицами, имеют практически изотропное распределение частиц. Поэтому в макромасштабе их поведение рассматривается как поведение изотропных материалов. [c.128]

Следует иметь в виду, что найденное таким образом напряжение получено для гомогенного анизотропного упругого материала. Поэтому желательно сопоставить концентрацию напряжений с концентрацией, имеющей место в действительности у композитов, армированных волокном. Хираи и др. [7.5] использовали для определения концентрации напряжений метод фотоупругих покрытий, а Хаяси [7.6] проводил экспериментальные исследования концентрации напряжений методом фотоупругости на прозрачных моделях. [c.204]

Ранее указывалось, что прочность композита, армированного волокном, может быть подобрана соответствующим образом за счет изменения содержания волокна в материале. При этом разброс прочности может быть сведен к небольшой величине. Однако следует иметь в виду, что в действительности трудно избел ать разброса содержания волокна. [c.213]

Для композита, армированного волокном в одном направлении, при pf=2,5, рш=1,0, EflE, = 20 можно установить, что а = 1,0 и (l f)opt = 25%. В случае же ортотроиной слоистой пластины а = 0,5, (Ff)opt= 18%- Когда же армирование осуществляется матами из стекловолокна при а = /а, имеем (l f)opt = 13%. [c.222]

Методами направленной кристаллизации получают поликристалличес-кие лопатки со столбчатыми зернами, вытянутыми вдоль оси отливки (НК-отливки), монокристаллические (МК) лопатки, состоящие из одного большого зерна, и так называемые направленные эвтектики (НЭ) -естественные композиты, армированные волокнами, возникающими в процессе кристаллизации. [c.309]

Сопоставление этих кривь1х показывает, что наличие армирующих нитевидных кристаллов вносит значительный вклад в длительную прочность эвтектического композита. Армирование волокнами приводит и к изменению характера кривых ползучести жаропрочных сплавов. В процессах ползучести армированного материала прослеживаются три характерные стадии неустановившейся ползучести, продолжительной стационарной ползучести и ускоренной ползучести. В то же время кривые ползучести исходного матричного сплава ЖС6У при тех же режимах отражают одну ускоренную стадию ползучести. [c.219]

Смысл создания композита, армированного волокнами, со стоит в том, чтобы получить материал, сочетающий высокую прочность волокон с пластичностью матрицы. При нагружении такого композита напряжения между волокнами и матрицей распределяются неравномерно — основную нагрузку несут на себе волокна. Предел прочности таких композитных материалов прямо пропорционален объемной доле волокон Qвoл [c.176]

Задача о прочности пучка волокон с различной прочностью его индивидуальных составляющих была полностью исследована в работе Даниелса (1945 г.), относящейся к текстильным нитям. Схема Даниелса с незначительным изменением была перенесена на проблему прочности при растяжении однонаправленного композита, армированного непрерывным волокном. В основу этой схемы полагаются некоторые упрощающие предположения, а именно, считается, что модуль упругости всех волокон одинаков. При выводе соответствующих формул, если число волокон весьма велико, нам нет необходимости даже вставать на вероятностную точку зрения. Представим себе пучок детерминированным, пусть Р(о)—отношение числа волокон, разрывающихся [c.693]

Изменение содержания нитевидных кристаллов в материале приводт к линейному изменению модуля межслойного сдвига во всем исследованном диапазоне значений Ркр- Проч ность при межслойном сдвиге возрастает с увеличением объемного содержания нитевидных кристаллов до 5 %, дальнейшее увеличение р1кр (см. рис. 7.8, а) практически не влияет на изменение значений Rx2 Прочность при изгибе в направлении волокон малочувствительна к изменению объемного содержания кристаллов до 5 %, а при Ркр > 5 % происходит некоторое снижение прочности. Модуль упругости в направлении основных волокон во всем исследованном диапазоне изменения Р(5р практически не меняется (см. рис. 7.8, б). Это естественно, так как 7 " и для композитов, армированных вискеризованными волокнами, определяются в основном содержанием и свойствами самих волокон. [c.213]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...