Свойства слоистых композиционных материалов

Таблица 2. Изменение механических свойств слоистых композиционных материалов при охлаждении от 300 до 77 К , %

Свойства слоистых композиционных материалов [c.309]

Растяжение и сжатие в направлениях армирования. Прочность материалов рассматриваемого класса, как и слоистых композиционных материалов, в основном определяются свойствами, со- [c.111]

Типичная слоистая структура представляет собой совокупность связанных слоев с различной ориентацией и определенной схемой чередования. Основной и успешно используемой при анализе слоистых композиционных материалов является система гипотез Кирхгоффа, основанная на предположении, что сечения плоские до деформации остаются плоскими и после деформации. Таким образом, предполагается, что взаимный сдвиг между осями отсутствует. Математически описать упругие свойства слоистого материала с произвольной структурой можно с помощью методов теории армированных сред при известных свойствах каждого слоя. Для классической теории пластин упругие постоянные представлены в равенстве [c.68]

На рис. 2 показан типовой график эффективности оболочковых конструкций, выполненных из металлов и композиционных материалов. Этот график представляет собой упрощенную комбинацию нескольких подобных графиков, полученных для тех случаев, в которых необходимо использование слоистых композиционных материалов для достижения квазиизотропных свойств. Изменение наклона указывает на возможное превышение предела текучести материала перед потерей устойчивости. Повышение прочности материала обеспечило бы эффект смещения зоны изменения наклона вправо пя графике. Действительный разрыв между металлами и композиционными материалами зависит от типа требуемой кон- [c.41]

Светопроницаемость. Тонкие сечения некоторых волокнистых и слоистых композиционных материалов пропускают значительную долю падающего на них света. Вследствие этого они обладают уникальным свойством могут служить одновременно ограждением, несущей конструкцией и светопроницаемым элементом. [c.267]

В некоторых областях широко используются трехслойные конструкции с сотовым заполнителем и металлической обшивкой. Иногда в этих случаях возможно применение перспективных материалов путем простой замены обшивки конструкции с сотовым заполнителем на слоистые композиционные материалы. Необходимо, конечно, обращать особое внимание на кромки, конфигурацию и методы соединения, чтобы обеспечить совместимость деталей с учетом термоупругих свойств материалов. [c.471]

Слоистые композиционные материалы можно разбить на две группы. Первую группу составляют простые пластины, которые состоят из дисперсной и матричной фаз. Во вторую группу входят слоистые составные пластины, представляющие собой сочетания простых пластин. Слоистые пластины используются при изготовлении стоек, балок, панелей и других конструктивных элементов, которые являются основными силовыми элементами и должны обладать малым весом, коррозионной стойкостью и другими многими важными свойствами. Для получения необходимых свойств следует наиболее рационально распределять и сочетать дисперсные фазы. Дальнейшее изложение механики слоистых пластин ведется с учетом этих замечаний. [c.40]

Сварка взрывом позволяет не только соединять большие по размерам поверхности листов, труб, заготовок и конструкций, осуществлять микросварку взрывом тонких фолы и элементов микроэлектроники, но и изготавливать биметаллические, слоистые, композиционные материалы с заданными свойствами (металл — стекло, керамика — металл и т. п.). [c.425]

При использовании механических соединений слоистых композиционных материалов необходимо учитывать не только напряжения при растяжении и изгибе в композите, но и напряжения изгиба в соединении, потери прочности при растяжении за счет сверления материала, сдвиговые свойства соединения трение между соединяемыми частями, уменьшающее напряжение типы соединений и их усталостные свойства. [c.380]

Ко второй группе относятся слоистые системы, состоящие из двух или более элементов, представляющих собой отдельные слои, например трехслойные (сэндвичевые) конструкции, или материалы с покрытием. Во многих случаях отдельные слои сами могут представлять собой композиционные материалы, различные по составу, толщине или ориентации наполнителя, как, например, в трубах, полученных методом намотки. Такие материалы называются слоистыми композиционными материалами. Их свойства зависят не только от соотношения и свойств отдельных компонентов слоя, но также и взаимного расположения слоев. [c.184]

Прочность слоистых композиционных материалов более тесно связана со свойствами упрочнителей в массивном сечении, чем со [c.20]

Слоистые композиционные материалы (рис. 28.3, б) набираются из чередующихся слоев наполнителя и матричного материала (типа сэндвич ). Слои наполнителя в таких КМ могут иметь различную ориентацию. Возможно поочередное использование слоев наполнителя из разных материалов с разными механическими свойствами. Для слоистых композиций обычно используют неметаллические материалы. [c.867]

Слоистые композиционные материалы, состоящие из изотропных слоев, также привлекают внимание исследователей [7, 272, 370]. В монографии [172] приведено решение задачи прогнозирования эффективных свойств слоистых композитов с хаотически расположенными изотропными компонентами, обладающими малой физической нели- [c.18]

Металлизированные пластмассы — это типичные слоистые композиционные материалы, свойства которых зависят от свойств несущей конструкции (исходной пластмассы), способа и режима ее переработки в изделие, от свойств промежуточного слоя, т. е. подготовки поверхности перед металлизацией и способа металлизации, и от свойств металлического покрытия (его толщины, состава и структуры). [c.10]

Пластмассы — композиционные материалы, основой которых являются полимеры, определяющие главные свойства и выполняющие роль связующего, соединяющего все компоненты материала в монолит. Остальные компоненты — наполнители, пластификаторы, стабилизаторы и другие — при введении в неполярные полимеры снижают их электроизоляционные свойства. Поэтому пластмассы на основе таких полимеров — отличных диэлектриков — состоят практически только из связующего. В табл. 23.12 приведены свойства термопластичных полимерных органических диэлектриков и материалов на их основе, в табл. 23.13 — свойства термореактивных пластмасс, а в табл. 23.14 — слоистых пластиков с листовым (рулонным) наполнителем. [c.557]

Проектирование ферм из композиционных материалов таких, какие показаны, например, на рис. 1—4, осуществляется на основе методов, обычно используемых для расчета на прочность. Для того, чтобы определить жесткость, несущую способность или критическую нагрузку элемента фермы, изготовленного из композиционного материала, необходимо учитывать анизотропию и структуру материала [5, 64]. Коэффициенты местной устойчивости, прочность, собственные частоты и упругие постоянные материала определяются свойствами отдельных анизотропных слоев и характером их ориентации в слоистом материале. Эти вопросы и рассмотрены в настоящей главе. Отметим, что согласно принятому ранее определению фермы изгиб ее стержней из рассмотрения исключается. [c.112]

Упругие характеристики композиционных материалов с учетом усредненных свойств матрицы рассчитывают по формулам, полученным для слоистых композиционных материалов с соответствующей укладкой волокон (однонаправленной или ортотропной) [25, 88]. Упругие постоянные связующего, входящие в эти формулы, заменяют упругими характеристиками модифицированной матрицы, которые вычисляют по зависимостям (7.2), (7.3), (7.6)—(7.9) в случае хаотического распределения нитевидных кристаллов в одной плоскости, перпендикулярной к направлению волокон. В случае же распределения кристаллов во всем объеме характеристики модифицированной матрицы определяют по зависимостям (3.83), (3.84) при коэффициенте армирования р = рдр. Выражения для упругих характеристик композиционного материала, армированного вискеризо-ванными волокнами в направлении оси 1, согласно зависимостям, приведенным на с. 59, имеют вид [c.205]

Различие в методах анализа напряженного состояния однородных изотропных и неоднородных (слоистых) композиционных материалов существенным образом проявляется при реализации критерия разрушения. Для изотропных материалов, прочностные свойства которых не зависят от направления, эта реализация значительно упрощается благодаря существованию системы координат, в которой только главные напряжения отличны от нуля. Что касается композиционных материалов, то их прочностные свойства задаются во вполне определенной системе координат, оси которой совпадают с осями ортотропин, и в этой системе необ- [c.74]

Предельные поверхности или кривые позволяют получить много полезной информации при анализе прочности слоистых композиционных материалов. Они особенно полОзны на начальном этапе проектирования, так как позволяют сравнивать различные материалы и выбирать их свойства и структуру применительно к проектируемой конструкции. На рис. 21 показаны предельные поверхности двух материалов р одинаковой схемой армирования 0° (60%) и 40° (40%). По рисунку можно установить область, [c.101]

В теории механических колебаний балок из композиционных материалов, а также других конструкций можно выделить два основных направления (они обсуждаются в работах [34, 1 ]) метод эффективных модулей и метод эффективных жесткостей. Согласно первому методу композиционный материал в задачах динамики рассматривается как однородный и ортотроппый (свойства такого условного материала соответствуют исходному материалу), а согласно второму — по упругим постоянным волокон и связующего и геометрическим параметрам находят эффективные жесткости . Эти методы приводят к различным уравнениям движения. и граничным условиям. Значение метода эффективных жесткостей заключается в возможности описывать волновую дисперсию, кроме того, он более эффективен в задачах о распространении волн. Проблема распространения волн в композиционных материалах здесь не обсуждается. Отметим только, что она рассмотрена в работах [40, 6, 16, 82]. В задачах динамики конструкций из композиционных материалов метод эффективных жесткостей получил более широкое распространение. Для балок из слоистых композиционных материалов наиболее эффективна разновидность метода, которая изложена в работе [77] и описана ниже.. [c.138]

Другой основной подход ж построению теории пластин из слоистых композиционных материалов, армированных волокнами, основан на представлении пластины как системы чередующихся относительно жестких (со свойствами, определяемыми волокнами) и податливых (со свойствами, аналогичными свойствам связующего) слоев. Такой подход был развит в работах Болотина [35], Сана и др. [157 ], Сана [155 ], Ахенбаха и Зербе [4 ], Райана [125 ], а также Сана и Ченга [156 ]). В какой-то степени он напоминает подход, используемый при описании многослойных пластин с легким заполнителем. Существенным отличием обсуждаемых здесь теорий является то, что они в конечном итоге предусматривают замену системы слоев некоторой условной макрооднородной средой, обладающей микроструктурными свойствами исходной системы. [c.194]

В переходном слое формируется связь между упрочняющими волокнами и матрицей, через которую передаются напряжения. От совершепства указанной связи зависят условия торможения трещин другими словами, переходный слой определяет уровень свойств волокнистых и слоистых композиционных материалов. [c.6]

Каждая из этих групп может быть детализирована на более узкие виды, имеющие какие-либо особенности (рис. 62). Некоторые авторы предлагают более детальную и дифференцированную классификацию. Мы будем придерживаться приведенной выше классификации как более распространенной и общей. Поскольку композиционный материал состоит, как минимум, из двух компонентов, то свойства этого композита будут в большей степени зависеть от объемно-пространственного распределения этих компонентов (за исключением слоистых композиционных материалов). Если один из компонентов существенно превосходит по объему другой и является непрерывным, то такой компонент называют матричным, а компонент, расположение которого прерывистое, принято называть упрочняющим. Профилирующее свойство обычно определяется по матричному компоненту. Однако композициониые материалы могут быть и более сложного состава — полиматричными и полиармирован-ными. Полиармированные имеют -чередующиеся две или [c.238]

Через этот образовавшийся при обжиге промежуточный слой передаются возникающие при нагрузках на-пр.яження. Слоистые композиционные материалы обладают ярко выраженной анизотропией свойств. Прочность таких композиционных материалов велика (достигает 500 МПа при испытании на изгиб). Поскольку такие композиционные материалы в большой степени анизотропны, прочность в направлении силы, приложенной перпендикулярно, значительно меньше, чем в параллельном иаправлепии. Эта же закономерность наблюдается и в отношении теплопроводности таких композиционных материалов. Их изготовляют путем поочередного складывания стопкой металлической (толщиной 0,1—0,9 мм) и керамической пластин. Пленка готовится пленочным литьем пластифицированных керамических масс. Далее стопки уплотняют прессованием, затем удаляют времен- [c.248]

Механике композиционных материалов, которые находят все большее применение в машиностроении, посвящен пятый раздел. В нем изложена макро- и мигфомеханика армированного монослоя, включая вопросы упругости, ползучести, кратковременной и длительной прочности, термоупругие и диссипативные свойства слоистых композитов, свойства конструкционных композиционных материалов. [c.16]

Стевепс и Хэнинк [30] выбрали материал Ti — 6% А1—4% V с 50 об. % борсика для разработки технологии производства вентиляторных лопастей. Композиционный материал изготовляли из предварительно намотанных матов из волокон борсика диаметром 4,2 мил (0,11 мм), покрытых смесью полистирола и порошка сплава Ti — 6% А1—4% V. Перед укладкой с матами фольгу из титанового сплава толщиной 2,5 мил (0,06 мм) формовали, используя процесс ползучести, до необходимой конфигурации. Слоистую заготовку лопасти заключали в тонкую оболочку из коррозионно-стойкой стали, сконструированную таким образом, чтобы можно было поддерживать динамический вакуум в процессе диффузионной сварки горячим прессованием. Типичные технологические условия горячего прессования отвечали температуре 1600° F (871° С), выдержке 30 мин и давлению 12 ООО фунт/кв. дюйм (844 кгс/см ). Образцы, необходимые для характеристики материала, были приготовлены с соблюдением тех же технологических условий, которые применялись в производстве лопастей вентилятора. Свойства этих композиционных материалов представлены в табл. 7. [c.317]

Дается постановка и решение оригинальных задач по распределению напряжений в композиционных материалах, по исследованию динамических эффектов, сопутствующих отделы1ым актам накопления повреждений. Приводятся структурно-дискретные модели материалов и алгоритмы имитации на ЭВМ процессов разрушения при кратковременных и при длителыгых постоянных и циклических нагрузках. Систематизированы примеры прогнозирования прочностных свойств бороалюминия, угле-алюминия, направленно кристаллизованных эвтектических и слоистых композиционных материалов. Содержатся алгоритмы дпя ЭВМ, позволяющие проводить многофакторные исследования по влиянию микроструктурных параметров на процессы разрушения и прочностные свойства композиционных материалов. [c.2]

При оценке прочностных свойств создаваемых композиционных материалов неизбежно возникают ситуации, когда необходимо учитывать неоднородность напряженного состояния, вызванную не только накоплением повреждений внутри материала, но и особенностями приложения нагрузки, а также формой исследуемых образцов, например наличием в них концентратов напряжений в виде надрезов. С определенной степенью приближенности эти эффекты также можно учитывать при имитационном моделировании iipone oB разрушения на ЭВМ. Например, выше (см. разд. 5) учитывалась неоднородность распределения напряжений по сечению слоистого материала, работающего на изгиб. Ниже рассмотрены еще примеры учета макронеоднородности напряженного состояния, вызванной [c.247]

Слоистые композиционные материалы набираются из череду-юшлхся слоев волокон и листов матричного материала (типа сэндвич ). Слои волокон в таком композиционном материале могут иметь различную ориентацию. Возможно поочередное использование слоев матрицы из сплавов с различными механическими свойствами. [c.232]

Слоистые композиционные материалы представляют собой сочетание двух или более пластин разнородных материалов, соединенных между собой. Предварительным расчетом можно задать и получить слоистые материалы с требуемыми коррозионной стойкостью, поверхностной твердостью, износостойкостью, прочностью, теплопроводностью, электрическими и магнитными свойствами, контролируемой деформацией при изменении температуры (термобиметаллы) и др. Созданием многослойных композиций можно существенно повысить сопротивление хрупкому разрушению. Имеется возможность экономии Н1содержащих сталей использованием плакированных слоев из сталей ферритного класса. Покрытие из стали 12Х18Н10Т толщиной 0,9 мм значительно повышает ударную вязкость углеродистой стали 45 при низких температурах и понижает ее критическую хрупкость. [c.213]

Высокие жесткость и прочность армирующих волокон, составляющие основу прочности и жесткости композиционных материалов, реализуются лишь в случае их определенного расположения по отношению к действующему полю напряжений (действующей нагрузке). Вследствие большого разнообразия нагрузок применяются различные схемы укладки арматуры. Варьируя направлением укладки слоев, можно получить слоистые материалы с различной ориентацией армирующих волокон, обладающие в плоскости укладки изотропными и анизотропными свойствами. Именно в возможности придания материалу оптимальной для каждого частного случая анизотропии заключается главное преимущество волокнистых композиционных материалов [44]. В зависимости от ориентации армирующих волокон в плоскости укладки слоистые структуры можно подразделить на следующие основные группы однонаправленные, ортогонально-армированные с переменным углом укладки волокон по толщине, перекрестно-армированные и хаотически-армированные. [c.5]

Перекрестная укладка одинакового числа слоев в двух направлениях образует композиционные материалы с ортотропией в осях, направленных вдоль биссектрис угла между волокнами в соседних слоях. Материалы с переменным углом укладки по толщине одинакового числа слоев в направлениях О, 60 и 120° условно называют материалами звездной укладки (1 1 I). Они являются изотропными в плоскостях, параллельных плоскостям укладки слоев. Трансверсальноизотропными являются и многонаправленные материалы, в которых одинаковое число слоев укладывается в направлениях, я/ц, 2я/л,. .., л, п 3), а также хаотически армированные в одной плоскости короткими волокнами. При использовании в качестве арматуры обычных однослойных тканей получаются композиционные материалы со слоистой структурой (тек-столиты). Возможны различные комбинации структур ткань может быть уложена так, что направления основы во всех слоях совпадают или между направлениями смежных слоев образуется некоторый заданный угол. Кроме того, угол укладки и число слоев по толщине материала могут изменяться. В зависимости от этого можно выделить три основных вида слоистых структур симметричные, антисимметричные и несимметричные. К первому виду относятся материалы, обладающие симметрией физических и геометрических свойств относительно их срединной плоскости, ко второму виду — материалы, обладающие симметрией распределения одинаковых толщин слоев, но угол укладки волокон (слоя) меняется на противоположный на равных расстояниях от срединной плоскости. К несимметричным структурам относятся материалы, не обладающие указанными выше свойствами. [c.5]

Двукратное увеличение межслой-нон прочности при сдвиге эпоксифе-нольных углепластиков достигается травлением углеродных волокон концентрированном азотной кислотой в течение 30 мин [20]. Прочность при растяжении в трансверсальном направлении углепластиков вследствие обработки волокон в азотной кислоте возрастает в 1.6 раза. Некоторое улучшение этих характеристик в слоистых стеклопластиках достигается также за счет пспольчЗования волокон некруглого поперечного сечения — эллипсоидных, ромбовидных, треугольных и др. Изменение формы углеродных волокон не оказывает заметного влияния на механические свойства углепластиков. Указанный метод приводит лишь к некоторому улучшению трансверсальных и сдвиговых свойств композиционных материалов, но не решает проблемы. Вследствие слоистой структуры в материале сохраняются плоскости, через которые напряжения передаются низкомодульным и низкопрочным связующим, что не исключает опасности преждевременного их разрушения. Особенно это относится к материалам, воспринимающим в конструкциях сдвиговую и трансверсальную нагрузку в условиях повышенных температур. [c.9]

Следует также обобщить и расширить сведения о свойствах слоистых систем, армированных волокнами из различных материалов,— так называемых гибриЗяма композиционных материалов. По мере того как материаловеды разрабатывают новые материалы с улучшенными свойствами, которые могут или уже применяются в комбинации с существующими (например, высокопрочные стальные и углеродные волокна, комбинации стекловолокон и углеродных волокон и т. д.),- постоянно возникают новые проблемы микро- и макромеханики, которые должны эффективно решаться для того, чтобы эти материалы нашли применение и заняли свое место в ряду композиционных материалов. [c.106]

Устойчивости слоистых пластин при температурном и других воздействиях, вызывающих расширение материала, посвящены теоретические исследования Виттрикка и др. [190], а также теоретические и экспериментальные исследования Келленбергера [85]. Уитни и Аштон, [184] рассмотрели термоустойчивость перекрестно-армированных квадратных пластин из различных композиционных материалов. Особенности свойств углепластиков, из-за которых в некотором диапазоне изменения углов армирования коэффициент линейного расширения оказывается отрицательным, определяют теоретическую возможность потери устойчивости пластин из этих материалов при охлаждении, а не при нагревании, что обычно имеет место. Однако более интересным в прикладном отношении является теоретический вывод о невозможности термической потери устойчивости пластин из эпоксидного [c.187]

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]

Глава 1 служит введением к тому. В ней рассматриваются основные понятия микромеханики, дается определение эффективных модулей и изучается влияние количества волокон в толще одного слоя на эффективные свойства слоистого композита. В главе 2 Н. Дж. Пагано выводит точные выражения для эффективных модулей слоистых материалов. Далее он обсуждает переход от точных результатов к теории слоистых пластин и явление пограничного слоя у свободных поверхностей. Глава 3 представляет собой обзор различных подходов к вычислению эффективных упругих модулей композиционных материалов. Вязкоупругое поведение композитов обсуждается в главе 4. Кроме того, эта глава служит введением в теорию вязкоупругости. [c.11]

Распределение слоев. Наиболее эффективны композиционные конструкции с однонаправленными нагрузками, что позволяет максимально использовать свойства волокон, поэтому конструктор зачастую привязывает композиционную конструкцию к осям, вдоль которых направлены усилия. Например, конструкция из композиционных материалов типа фермы, нагруженной усилиями, действующими вдоль стержней, может оказаться более эффективной, чем оболочка, обычно применяемая в конструкциях из металла. Впрочем иногда бывает невозможно выделить геометрически простые направления действия нагрузок, и слоистые материалы прих чится армировать в нескольких направлениях. [c.97]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...