МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПОЗИТОВ

Далее описан правдоподобный метод исследования поведения поверхностных слоев и указано, что для композитов, содержащих волокна бора, современные экспериментальные методы позволяют обнаруживать изменения поверхностных перемещений на отрезках, меньших, чем промежуток между волокнами. Следовательно, в нашем распоряжении имеются средства для изучения некоторых довольно тонких деталей поведения композитов, таких, как локальные распределения деформаций в матрице. [c.35]

В композиционном материале уравнение для определения k гораздо сложнее, нежели (175), и обычно не удается найти точное аналитическое рещение. Однако предположение о малости затуханий существенно упрощает исследование композитов. Чтобы продемонстрировать методы исследования в этом случае, рассмотрим приведенное выше решение для коэффициента k, линеаризуя уравнение относительно tgф. Прел<де всего запишем формулу (175) для вязкоупругой задачи в следующем виде [c.178]

Несмотря на это, в настоящее время данный подход, видимо, дает единственную возможность достаточно точно описывать упругопластическое поведение композиционных материалов. Следует отметить, что этот подход — от простых моделей к точным методам — имел место в последние годы и в развитии исследований линейно упругого поведения. Даже в настоящее время, как и несколько лет тому назад, когда были впервые разработаны численные методы исследования линейно упругих композитов, эти методы остаются единственно пригодными для полного и адекватного описания микромеханического поведения [c.215]

КОМПОЗИТОВ. Можно ожидать, что подобная ситуация будет иметь место и для точных методов исследования упругопластического поведения. Разумеется, в последующие годы эти методы будут усовершенствованы и дадут возможность получить более точные описания реальных физических процессов. [c.216]

Ограниченность теории эффективных модулей явилась причиной многочисленных попыток построения более современных методов исследования механического поведения направленно армированных композитов, в особенности при динамическом их нагружении. В первом приближении эти методы можно разбить на два следующих класса. [c.374]

Приближенные теории, описывающие механическое поведение направленно армированных композитов, основаны на предположении о том, что отношение характерного размера структуры к характерному размеру неоднородности деформации много меньше единицы. В последние годы появились асимптотические методы исследования, с самого начала в явном виде использующие малость указанного отношения. Метод, использующий непосредственно асимптотические разложения, описан в работе [13] предложенная там теория, по-видимому, применима в случае, когда композиционный материал работает как система волноводов. [c.381]

Здесь рассматриваются следующие основные вопросы требования к поверхности раздела, природа связи в композитах и методы исследования поверхности раздела в композитах. [c.24]

В. Методы исследования поверхности раздела в композитах [c.37]

Настоящая книга является одним из 8 томов энциклопедического издания Композиционные материалы . В ней рассматриваются Практически все аспекты исследования внутренних поверхностей раздела в полимерных композитах, армированных традиционными стекловолокнами, а также борными и углеродными волокнами. Читатель найдет в книге описание современных методов исследования поверхностей раздела, анализ основных теорий аппретирования и адгезии полимерных матриц к упрочнителям. Впервые опубликованы сведения о химии поверхности высокомодульных и высокопрочных волокон бора и углерода и химии поверхности раздела в армированных ми композитах. [c.4]

Полное описание разрушения анизотропных композитов в отличие от изотропного случая не может быть сведено к одномерной задаче. Необходимо установление функциональных зависимостей между ориентацией трещины, направлением материала и векторов нагрузки, не говоря уже об определении когезионной, адгезионной и механической диссипаций. Следовательно, обзор и классификация определенных теоретических решений и детализация методов исследования могут запутать, а не выявить соответствующие перспективы разрушения композитов. Более плодотворным было бы выявление элементов, играющих определяющую роль при оценке прочности композита и описании разрушения. Наше рассмотрение позволило выявить степень и уровень идеализации материала. [c.261]

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]

Значительное влияние могут оказывать и методы получения композитов, рассмотренные в гл. 1. От этих методов зависят размеры и распределение пустот и включений, образующихся в процессе изготовления композита, степень неравномерности распределения волокна, состояние адгезии на поверхностях раздела, остаточные напряжения и др. Таким образом, можно видеть, что на поведение композита при разрушении влияет большое число факторов. Поэтому важно при исследовании особенностей разрушения выбрать соответствующую модель композита, которую можно было бы исследовать, или же, используя микромеханику разрушений и вероятностные методы, получить требуемые характеристики. [c.108]

Общим методам исследования структуры и физико — механических свойств дисперсных и композиционных материалов посвящена первая глава. Описывается современное состояние проблемы изучения взаимосвязи структуры и физико —механических свойств дисперсных материалов и композитов. Рассмотрены теории структуры гетерогенных систем. Обсуждается современное состояние теории перколяции и теории фракталов, анализируются возможности развития этих теорий для постановки новых задач и решения проблем механики деформируемого твердого тела. [c.10]

Построение книги в определенной степени отражает необходимые компоненты метода структурно-имитационного моделирования на ЭВМ, этапы его развития и применения к исследованию композитов. Монография содержит пять глав. [c.9]

Разработка и все расширяющееся применение композитов в ответственных высоконагруженных конструкциях вновь заставили обратиться к методам механических испытаний, так как методы, применяемые для испытаний металлов, оказались недостаточными. Непрерывно разрабатываются новые методы испытания, проверяются и пересматриваются существующие. В настоящее время исследовательская практика значительно обогнала методы испытаний, регламентируемые существующими немногочисленными стандартами. Многочисленные исследования композитов на основе разных методов создали обстановку противоречивых суждений о конструкционных возможностях этих материалов. Это усиливает необходимость в критическом анализе существующих методов, их оценки и обобщении. [c.189]

Для обоснованного выбора композита и обеспечения надежной и долговечной эксплуатации изделий необходимо не только иметь данные об исходных свойствах материала, но и уметь прогнозировать их изменения во времени хотя бы на период между плановыми ремонтами. Этому в значительной степени препятствует недостаточно выясненный механизм физико-химических процессов, протекающих на поверхности и в объеме композита при взаимодействии со средами. В связи с этим весьма плодотворным является развитие кинетического метода исследования. Прогнозирование эксплуатационного поведения композита должно опираться на кинетические закономерности, которым подчиняется изменение параметров, лимитирующих процесс старения реального изделия. Однако при этом приходится рассматривать процессы переноса через гетерогенный материал-композит-веществ среды и продуктов реакции. Поэтому исследование кинетических особенностей старения следует вести с учетом внутренней структуры материала пористости и структурно-группового распределения пор. [c.9]

Цель настоящей вводной главы заключается в том, чтобы дать обзор некоторых из наиболее существенных черт микромеханики композиционной среды. В отличие от охватывающих обширную литературу обзоров [3, 5], в которых рассматриваются различные подходы к определению эффективных свойств неоднородных тел, основой нашего изложения является разъяснение понятия эффективных упругих модулей и использование этого понятия. Сравниваются физическое и математическое определения эффективных модулей и обсуждается роль таких модулей в исследовании слоистых композитов, широко применяемых в технике. В заключение излагается метод, позволяющий изучать неоднородные (линейно изменяющиеся) мембранные напряжения в слоистых композитах, [c.13]

Эти соотношения можно назвать эффективными определяющими уравнениями слоистого композита, поскольку они определяют геометрические изменения, вызванные нагрузкой, приложенной к слоистому элементу, в отличие от общепринятого понятия определяющих уравнений теории упругости, связывающих напряжения и деформации в бесконечно малом материальном элементе. Располагая эффективными определяющими соотношениями, можно разработать теорию слоистого тела в целом, не прибегая к исследованию каждого слоя в отдельности методами теории упругости. Впрочем, решив конкретную краевую задачу, можно найти распределение напряжений по толщине слоистого тела во всех деталях. [c.38]

Большая часть главы посвяш,ена обзору литературы по исследованию вязкоупругого поведения композиционных материалов, в частности новейшим направлениям исследований. Приводятся некоторые новые результаты, касающиеся определения верхней и нижней границ эффективных комплексных модулей и податливостей, а также анализа динамического поведения композитов описывается простой метод обобщения решений динамических задач теории упругости с учетом микроструктуры на задачи вязкоупругости. [c.103]

Материалы или конструкции являются нелинейными, если не выполняется одно из условий линейности (условие пропорциональности (2) или условие суперпозиции (3)). В этом разделе мы рассмотрим общую природу и источники нелинейности вязкоупругое поведение полимерных композитов, а также методы аналитического описания нелинейности. Некоторые заключительные замечания относятся к исследованию нелинейных конструкций. [c.183]

Кроме описанных выше двух основных разновидностей анализа при помощи простых моделей, подробно обсуждаемых в последующих разделах, имеются другие подходы к проблеме предсказания механических свойств композита по свойствам его компонентов. Это в основном полуэмпирические методы. Для обработки известных экспериментальных результатов с целью получения эмпирических зависимостей применялись различные функциональные зависимости с неопределенными параметрами, в частности степенные законы. Подобные формулы обычно выражают связь между напряжениями и деформациями через физические параметры, такие, как объемная доля включений и характеристики компонентов композита. Сами напряжения и деформации могут быть локальными, но чаще они берутся средними по объему композита. В обоих случаях такой анализ не является истинно микромеханическим, потому что он не дает локальных градиентов напряжений и деформаций внутри композита. Преимущество такого подхода состоит прежде всего в том, что он позволяет получить простые инженерные оценки зависимости напряжений от деформаций в композите— информацию, являющуюся исходной для большинства макромеханических исследований или анализа структур как слоистых. [c.208]

Следует отметить, что не было опубликовано ни одной работы по применению метода конечных разностей к специфическим задачам упругопластического анализа композитов. Адамс с соавторами [4], применившие метод конечных разностей в исследовании упругого поведения композиционных материалов, впоследствии при рассмотрении упругопластического поведения перешли к использованию метода конечных элементов (Адамс [1, 2]). [c.224]

Основная причина отсутствия приложений метода конечных разностей к исследованию упругопластического поведения композитов не связана с механическими свойствами компонентов. Здесь имеют место трудности, носящие скорее геометрический характер и возникающие при любых применениях метода конечных разностей к решению задач в областях с криволинейной границей, т. е. с ограничениями на узлы сетки, лежащие на границе. Эту проблему нельзя обойти дал е при использовании нерегулярной сетки (см. Адамс и др. [4]). Применение же треугольных конечных элементов полностью решает указанную проблему, и именно благодаря этому обстоятельству метод конечных элементов является гораздо более гибким. [c.224]

Метод конечных элементов в строгой форме (с использованием метода начальных деформаций) к исследованию упруго-пластического поведения композитов впервые применил Фойе [11] более подробно этот метод был изложен в последующей статье Фойе и Бейкера [12]. В сочетании с методом касательного модуля метод конечных элементов был применен Адамсом [1, 2] подробное изложение можно найти в статье Адамса [3]. [c.225]

Мы хотим показать, что проблемы теории конечных деформаций идеальных композитов могут быть решены чрезвычайно элементарными методами. По этой причине детали исследования демонстрируются всего на нескольких задачах, в то время [c.289]

Для исследования гармонических упругих волн в композиционной среде Кон с соавторами [37] использовали методы, основанные на теории Флоке и Блоха. Этот подход весьма подробно рассмотрен также в статье Ли [40]. Основная идея всех этих работ состоит в применении вариационных принципов в интегральной форме к отдельной ячейке композита. Эти вариационные принципы дают способ определения фазовых скоростей и распределения напряжений в волнах Флоке, распространяющихся в композиционной среде без изменения формы при переходе от ячейки к ячейке. Различные авторы использовали как принцип минимума потенциальной энергии деформации, так и принцип максимума дополнительной работы. [c.382]

Экспериментальное исследование процесса распространения волн в направленно армированных композитах проводилось ультразвуковыми методами, а также при помощи измерений пропускания импульсов. [c.383]

Принципиальная схема ультразвуковых методов исследования состоит в создании пульсирующего давления различных частот на одной стороне образца при помощи передающего преобразователя и регистрации модифицированных при прохождении через образец сигналов приемным датчиком на другой стороне образца. Результаты описанного в работе [10] исследования прохождения ультразвуковых сигналов через среду, состоящую из карбон-фенольной матрицы, армированной слоями высокомодульных волокон, отстоящих друг от друга на расстояние около 6 мм, показали четко выраженную зависимость фазовой скорости от частоты. Дисперсионные свойства бороэпоксидного композита были изучены в работе [72], где построена зависимость групповой скорости от частоты плоских продольных и поперечных волн, распространяющихся параллельно или перпендикулярно направлению волокон. В этой работе было установлено, что поперечные волны, распространяющиеся вдоль волокон, обладают ярко выраженной дисперсией, причем с ростом волнового числа групповая скорость увеличивается. [c.383]

Эксперименты по испытанию в ударной трубе композита, состоящего из карбон-фенольной матрицы, армированной слоями высокомодульных волокон, были проведены Уиттиром и Пеком [80]. Одна из поверхностей образца мгновенно нагружалась давлением, возникающим при отражении от этой поверхности газодинамической ударной волны. Средняя скорость Частиц свободной поверхности поперечного сечения композита из.адерялась емкостным датчиком. Экспериментальные результаты хорошо согласуются с аналитическими решениями, полученными Пеком и Гёртманом [55]. Было установлено также, что испытания в ударной трубе являются наилучшим методом исследования дисперсионных свойств композита, поскольку уровень возникающих здесь напряжений столь низок (около 70 фунт/дюйм Si 4,9 кГ/см ), что влияние нелинейности. материала заведомо исключается. [c.384]

Толщина слоя продуктов реакции в композитах Ti — В и Ti — Si достигает 2 мкм и охватывает весь представляющий интерес интервал толщин в практически важных материалах. Поэтому исследования кинетики реакции должны быть проведены в этом интервале толщин. Однако методы исследования роста столь тонких слоев развиты еще недостаточно, и поэтому точность измерений окажется невысокой при наложении указанных, ограничений толщины. Рэтлифф и Пауэлл [35] изучали реакцию между титаном и карбидом кремния и обнаружили заметное изменение скорости реакции при толщине реакционной зоны 10 мкм. Этот эффект не наблюдался при толщинах менее 4,4 мкм. Авторы показали, что изменение механизма реакции может быть обусловлено насыщением поверхностного слоя титана углеродом из карбида кремния. Если толщина слоя титана значительно меньше использованной авторами этой работы (3,81 мм), то насыщение титана углеродом будет происходить быстрее, и изменения кинетики реакции, обусловленные этим процессом, будут происходить на более ранних стадиях. Следовательно, необходимо компромиссное решение между HHMieHHeM точности, вызванным ограничениями толщины исследуемого слоя, и большей значимостью данных для таких толщин слоев, которые возникают на практике. [c.101]

Методы исследования микроструктур поверхностей раздела бороалюминиевых композитов, в которых достигается высокая степень разрешения, показывают, что вряд ли можно провести промышленную термообработку Тб композитов такой системы и не повредить при этом борные волокна. Ожидается, что температура термообработки (- 530 °С) вызовет образование боридов алюминия на поверхностях раздела. Должно быть, следует использовать более низкие температуры и достаточно короткие продолжительности термообработки, которые приводят к иной прочности и микроструктуре матрицы, чем те, которые обозначены как состояние Тб. [c.429]

Конкретные вьиисления проводились для древесно —полимерных композитов. Анализ развития методов исследования прочности древесно — полимерных композиционных материалов свидетельствует о том, что древесностружечные плиты плоского прессования являются наиболее изученным объектом таких исследований как теоретическими, так и экспериментальными методами. Поэтому использование разрабатываемого в работе подхода для описания, в первую очередь, прочности древесностружечных плит позволяет обеспечить сопоставимость с результатами других теорий и в конечном итоге установить его место в их ряду. [c.203]

При изготовлении конструкций из композитов материал создается одновременно с изделием как одно целое, и условия прочности для таких конструкций долнсны отражать структуру армирования, объемное содержание элементов композиции и т. д. Поэтому при построении критериев разрушения конструкций из армированных материалов целесообразно опираться на структурный подход в сочетании с общими методами исследования на-пряжепно-деформированного состояния. [c.40]

В данном томе излагаются методы определения характеристик материала по характеристикам его компонентов (теория эффективных модулей), анализируется линейно упругое, вязкоупругое и упругопластическое поведение композ1Щионных материалов, рассматриваются конечные деформации идеальных волокнистых композитов, описывается применение статистических теорий для определения свойств неоднородных материалов. Далее приводятся решения задач о колебаниях в слоистых композитах и о распространении в них воли, критерии разрушения анизотропных сред, описание исследования композиционных материалов методом фотоупругости. [c.4]

Композиционные элементы конструкций обычно изготавливаются путем наслаивания с заданной ориентацией слоев. В макромехакике изучается механическое поведение таких слоистых композитов, причем их свойства задаются эффективными характеристиками слоев. Поскольку в технике слоистые композиты часто используются для изготовления тонкостенных конструкций, общепринятый метод их исследования основан на теории слоистых пластин или оболочек, в которой принимается гипотеза о линейном изменении перемещений в плоскости слоя по толщине (Эштон и Уитни [2]). [c.16]

Простота применения и точность метода Фурье была отмечена и другими авторами, изучавшими распространения волн в монолитных полимерных материалах. Например, Кнаусс [60] проанализировал нестационарные колебания аморфных полимеров в вязкоупругой переходной зоне из стеклообразного в каучукоподобное состояние. Мао и Радер [65] использовали этот метод для исследования распространения импульсов напряжений в стержнях из полиметилметакрилата, обладающего малым тангенсом угла потерь. Однако пока в литературе не встречаются результаты исследования методом Фурье влияния микроструктуры на стационарные волновые процессы в композитах. Для изучения этого вопроса можно было бы прямо применить описанные в предшествующем пункте приближенные методы по-видимому, в них можно было бы учесть различные представления вязкоупругих характеристик компонентов композиционных материалов. Хотя при использовании численного решения график функции изменения импульса напряжений от времени может иметь большую кривизну, вязкоупругое затухание обычно устраняет этот недостаток, за исключением окрестности точки приложения нагрузки. Применение так называемого метода быстрого преобразования Фурье [79] так же могло бы существенно упростить исследование. [c.182]

Другой метод, использующий одновременно пространственное и асимптотическое разложения, предложили Хегемир и Найфэ [33], которые исследовали распространение плоских волн перпендикулярно слоям слоистого композита. Усечение асимптотических последовательностей приводит к цепочке моделей. Для оценки точности той или иной модели был исследован спектр фазовых скоростей. Сохранение всех членов асимптотической последовательности приводит к точному спектру (что обсуждалось в разд. III). Было установлено, что дисперсионная модель первого порядка обеспечивает точность более высокую, нежели некоторые из существующих теорий. Результаты исследования распространяющегося импульса хорошо согласуются с точной теорией. Было также показано, что уравнения теории дисперсии первого порядка могут быть приведены к стандартной форме уравнений теории бинарных смесей. [c.381]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...