Неоднородность как свойство конструкционных материалов

НЕОДНОРОДНОСТЬ КАК СВОЙСТВО КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ [c.7]

В процессе получения графита закладывается определенная для каждого из технологических переделов неоднородность материала, которая, в свою очередь, существенно влияет на работоспособность изготовленных из него конструкций. Поэтому графитовые конструкционные материалы следует характеризовать статистическим распределением основных свойств, определяющих работоспособность графита как конструкционного элемента. Обычно рассматривают следующие характеристики неоднородности физических свойств графита [c.69]

Поскольку материал М рассматривается как некоторая идеализация, позволяющая отразить деформационные свойства реальных конструкционных материалов, существенный интерес представляет вопрос о соотношении моделируемой неоднородности и реальной, или иначе о соизмеримости соответствующих микронапряжений. Такая оценка может быть проведена с использованием энергетических представлений, а именно понятия скрытой энергии деформации [6]. [c.176]

При повышении температуры сопротивление деформации титановых сплавов существенно снижается и увеличивается пластичность [292, 293]. Однако при использовании обычной горячей деформации вследствие ее неравномерности и неоднородности в сплавах образуются так называемые зоны интенсивного течения, приводящие к резко выраженной макро- и микроструктурной неоднородности [292, 293]. Низкая теплопроводность титановых сплавов тол-се способствует образованию таких зон. Стремление избежать появления неоднородности, а также относительно невысокая пластичность сплавов в обычных условиях деформации ведут к много-переходности обработки, введению промежуточных нагревов. Термической обработкой после горячей деформации часто не удается полностью исключить микроструктурную неоднородность в полуфабрикатах и получить требуемое сочетание механических свойств. Между тем титановые сплавы как конструкционные материалы должны иметь комплекс разнообразных свойств — прочность и пластичность, усталостную прочность, жаропрочность, вязкость разрушения и др., которые зависят от структурного состояния. Рассмотрим особенности формирования микроструктуры в титановых сплавах. [c.180]

Сопоставление теоретических кривых, построенных по различным критериям прочности с экспериментальными значениями предельных напряжений, позволяет выявить степень пригодности этих критериев для данной пластмассы. Так, сопоставление различных критериев прочности с опытными значениями предельных напряжений, полученных при плоском напряженном состоянии, показало [50] ограниченную применимость к жестким пластмассам первой и второй классических теорий прочности. Первая теория прочности применима к плоским напряженным состояниям, близким к одноосным растяжению и сжатию, а вторая теория прочности — только к одноосному растяжению. Так, для определения несущей способности деталей из стеклопластиков необходимо выбрать соответствующую теорию прочности с учетом того, что конструкционные стеклопластики являются неоднородными материалами и полимерное связующее обладает вязко-упругими свойствами. Для стеклопластиков с хаотическим расположением волокна, которые в первом приближении можно считать квазиизотропными, существующие теории прочности применимы только в условиях кратковременного нагружения. Ориентированные стеклопластики в общем случае являются неоднородными анизотропными или ортотропными материалами. Как однородные анизотропные материалы их можно с приближением рассматривать только при нагружении вдоль осей анизотропии [99]. [c.143]

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]

Критерии прочности и пластичности, рассмотренные в предыдущих параграфах, справедливы для традиционных конструкционных материалов — однородных и изотропных. Однако в последнее время в различных областях техники, в том числе и в строительстве, все большее распространение получают новые, так называемые ком-позиционные материалы (композиты). Композит представляет собой полимерную или металлическую матрицу, армированную высокопрочными волокнами (стеклянными, угольными и т. п.). Отличительными признаками этих материалов являются их неоднородность и, как правило, ярко выраженная анизотропия свойств. Последнее обстоятельство находит отражение в том числе и в прочностных свойствах композитов. [c.389]

Бетоны — это искусственные материалы, состоящие из заполнителей и связывающего их цементного камня. Одной из причин неоднородности бетона как конструкционного материала, в рассматриваемом здесь смысле, является изменение его свойств во времени, обусловленное твердением цементного камня. Этот процесс называется старением и определяется, главным образом, составом цемента, водоцементным отношением, влажностью и температурой среды [2, 18]. [c.17]

В зоне соприкосновения двух разнородных материалов возникает контактная разность электрических потенциалов. Один металл из этой пары, обладающий менее отрицательным потенциалом по сравнению с другим, является более благородным . Поверхность конструкционного материала может быть неоднородной по химическому составу, по физическим свойствам (местные нагартовки и пр.). Может быть неоднородной и среда-электролит (различная концентрация примесей). Это приводит к образованию макро- и микрогальванических элементов с появлением электрических токов, которые и являются причиной электрохимической коррозии. В системе возникают анодные и катодные участки. Анодные участки обладают более отрицательным электродным потенциалом. Здесь металл переходит в виде гидратированного иона в раствор, оставляя на поверхности электроны (процесс окисления). В области катода притекающие с анодного участка электроны передаются частицам вещества-деполяризатора, например кислорода. В зависимости от того, кинетика какой реакции определяет коррозию, говорят об анодном или катодном контроле скорости коррозии. [c.22]

Среди этих теорий особое место принадлежит моделям, построение которых связано с представлениями физического характера, в частности, с концепцией микронеоднородности реальных материалов (в дальнейшем мы будем иметь в виду конструкционные сплавы). Более сложная физическая модель представляет попытку отразить структуру реального материала [24]. Такой анализ оказывается весьма затруднительным, и значение предложенных вариантов такой модели, вероятно, ограничивается познавательными целями. Существенно более простой является структурная модель, в которой микронеоднородность отражается схематически. Принимается, что любой элементарный объем работает как совокупность связанных между собой структурных частиц (подэлементов), наделенных заданными реологическими свойствами. Изменение этих свойств по объему (т. е. по подэлементам) определяется функцией неоднородности.- Уравнения связи между подэлементами, как и базовые реологические свойства, варьируются в вариантах структурной модели, предложенных различными авторами [67, 69, 99 и др.]. [c.8]

Наряду с указанными достоинствами древесина обладает рядом недостатков, ограничивающих ее применение как конструкционного материала. Из недостатков следует отметить следующие гигроскопичность, которая является причиной отсутствия у деталей из древесных материалов стабильности формы, размеров и прочностных свойств, меняющихся с изменением влажности склонность к поражению грибковыми заболеваниями отсутствие огнестойкости низкий модуль упругости анизотропия механических свойств, которые в силу волокнистого строения древесины различны в различных направлениях действия сил неоднородность строения, в результате которой свойства материала различны не только в пределах одной породы, но и в пределах одного ствола. [c.474]

Реальные тела обладают такими механическими свойствами (способность изменять расстояния между точками под действием сил), которые в пределах даже малого объема при переходе от точки к точке изменяются. Более того, если в окрестности ка-кой-либо точки выделить малый объем, то в пределах этого объема можно выделить участки, различные по своим механическим свойствам. Это связано с особенностями микроструктуры тел. Например, в конструкционных материалах можно выделить микрокристаллические об]эазования, которые объединяются между собой по границам этих микрокристаллов, по-разному между собой ориентируясь, в кристаллы. Последние объединяются в зерна со сложной границей. Такая картина вносит в строение материалов различные неоднородности, от которых следует абстрагироваться, что и делается в механике твердого тела введением понятия однородности структуры, которая состоит в том, что в малой окрестности любой точки тела строение однородно и не зависит от размеров малого объема, включающего эту точку. В более детальном описании гипотеза структурной однородности состоит в том, что реальное тело с его сложной микроструктурой, которую определяют расположение атомов н кристаллических решетках, взаимное расположение микрокристаллических образований, объединяющихся в зерна, и т. д., заменяют средой, не имеюш,ей структуры, свойства которой равномерно распределены в пределах любого малого объема. Это эквивалентно тому, что, выделив малый объем тела, его структурные элементы мысленно измельчают до бесконечно малых частиц и потом этой измельченной средой вновь заполняют прежний объем, т. е. в этом однородном теле нет никакой возможности выявить в любом малом объеме какую-либо структуру строения материала. Однако в механике твердого тела рассматривают такие неоднородные по структуре тела, которые состоят из конечного числа конечных объемов, занятых структурно однородными телами. Например, железобетон, в котором бетон и металл порознь считаются однородными, но они занимают конечные объемы. В то же время в механике твердого тела различают однородные и неоднородные тела в том смысле, что механические свойства тел могут быть некоторой функцией коордииат точки (неоднородность механических свойств), хотя в окрестности каждой точки однородность строения сохраняется. Тело будет механически однородным, если его механические свойства не зависят от координат выбора точки тела. [c.19]

Общепринятый метод оценки жаростойкости по изменению массы образцов или по глубине окисления приемлем для аттестации конструкционных жаростойких материалов. Однако зтот метод ненадежен для оценки стойкости сплавов для нагревателей. Срок службы нагревателя зависит не только от жаростойкости, но и от степени неоднородности электрических свойств по длине проволоки или ленты как в исходном состоянии, так и в процессе службы, когда возможны неравномерное отслаивание окалины, изменение химического состава подокисного слоя, граничная диффузия кислорода или азота, образование окислов, нитридов или других включений в металле и т.д. [c.26]

Композиционные материалы - это гете-рофазные системы, состоящие из двух или более компонентов, в которых сохраняются индивидуальные свойства каждого компонента. Композиционные материалы по совокупности различных свойств выгодно отличаются от других конструкционных материалов во-первых, состав и форма компонентов определяются заранее во-вторых, вид и количественный состав компонентов подбирается в зависимости от заданных свойств формируемого материала в-третьих, сформированный материал является однородным в макромасштабе и неоднородным. на микроуровне компоненты различаются по свойствам и между ними существует фаница раздела - межфазный слой. Как правило, компоненты композиций различают по геометрическому признаку. [c.756]

Размеры деталей. С увеличением размеров детали ее сопротивление усталости, как правило, уменьшается. Степень влияния размеров детали (эффект масштаба) на предел выносливости оценивается отношением предела, выносливости детали заданного диаметра к пределу выносливости лабораторных образцов диаметром 7... 10 мм. Проявление эффекта масштаба зависит от свойств материала, вида нагружеция (растяжение, изгиб, 1фуче-ние), состояния поверхности и концентрации напряжений. Согласно экспериментальным данным испытания гладких конструкционных элементов эффект масштаба существенно проявляется при изгибе и кручении и практически отсутствует при растяжении, т.е. в условиях однородного напряженного состояния. Материалы, имеющие существенную струкгурную неоднородность типа чугуна и литого алюминиевого сплава, весьма существенно реагируют на изменение размера детали. [c.291]

Многомерность моделей оптимизации конструкций из композиционных материалов обусловлена структурностью композитов. Поскольку свойства композита при заданных исходных материалах полностью определяются характеристиками его структуры, то очевидно, что оптимизация свойств композита как материала проектируемой конструкции сводится к оптимизации его структуры на том уровне, который соответствует принятому проектировщиком модельному представлению композита. Качественный состав и количество оптимизируемых структурных параметров зависят не только от уровня оптимизируемой структуры композита, но и от степени гомогенизации его реальной структуры в модели композита как конструкционного материала. Например, слоистый композит при известных условиях и допущениях может рассматриваться как макрооднородная система (модель макроод-нородного слоистого пакета), но и тот же композит можно описывать и в рамках неоднородной модели, учитывающей дискретность его реальной структуры. В этом случае набор структурных параметров, определяющих, скажем, деформативные характеристики слоистого пакета, кроме параметров, учитываемых уже в макрооднородной модели пакета, должен быть дополнен параметрами, позволяющими учитывать порядок чередования слоев в пакете. [c.171]

Должна быть обеспечена однородность (макрооднородность) образца как в отношении химического состава, так и в отношении микроструктуры. С этой целью при изготовлении образцов из отливок каждая партия образцов вырезается из той части отливок, которая обладает наиболее однородной структурой из частей, прилегающих к поверхности, так как центральная часть отливки имеет обычно более грубую или менее определенную структуру, если, конечно, опыт не предназначен именно для сравнения упруго-пластических характеристик различных частей отливки. При изготовлении из прутков или из катанного листа каждая партия образцов должна нарезаться по возможности из одного и того же прутка (листа) или из одной партии прутков. В материале образца не должно быть раковин, внутренних трехцин, инородных включений, которые являются концентраторами напряжений. Это не исключает, конечно, испытаний таких материалов, для которых пористость (губчатая резина, пеностекло, некоторые керамики) или неоднородность (бетон) являются качествами, определяюхцими конструкционное назначение материала. Но судить, например, о механических свойствах литой резины по данным испытаний губчатой резины нельзя. [c.314]

Резина и текстиль для плоскослойных, соосных или иных резино-текстильных конструкций обладают высокоэластическими свойствами и характерно выраженной релаксационной способностью. Значительная зависимость их механических свойств от скорости деформации (или частоты в периодических циклах) и температуры существенно отличает их от обычных упругих материалов. Эти свойства определяют различие конструкционных особенностей резиновых и текстильных изделий. В резине, рассматриваемой как однородный химический продукт, характер деформаций количественно и качественно зависит от приложенной нагрузки. Это различие сказывается и при растяжении (например, вследствие так называемого каландрового эффекта), а также при сжатии и изгибе (вследствие различия модулей упругости при растяжении и сжатии). Материалы с такими свойствами называются анизотропными. Анизотропность не следует смещивать с неоднородностью, характеризуемой различием механических свойств в различных местах образца материала. [c.66]

В широко распространенных монографиях, касаюш,ихся механических свойств полимеров и методов их определения, свойства резины в аспекте ее использования как конструкционного материала для промышленных изделий практически не рассматриваются. В отдельных монографиях, носвяш енных переработке полимерных материалов и их применению в промышленности, полностью не освеш,ены вопросы производства резиновых изделий. Например, не рассмотрено механическое поведение многослойных резиновых систем при их вулканизации в неизотермических условиях и сложнонапря-женноы состоянии, характерных для таких изделий, как покрышки. Используются приближенные расчеты элементов резиновых изделий без учета практической неравновесности, неизотермичности, неоднородности и нелинейности деформирования многих видов резиновых изделий в эксплуатации. [c.3]

Применяя уравнение (1.34), можно произвести оценку конструкционных свойств материалов. Из табл. 1.12 видно, что пластмассы по степени однородности резко различаются из реактопластов наиболее неоднородны АГ-4С (1 1), среди термопластов — анид и капростекло. Вторая половина таблицы составлена для термопластов, перерабатываемых при оптимальных строго регулируемых режимах. Как видно, качество изделий при этих условиях, их прочностные свойства и однородность значительно улучшаются. [c.31]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...