Интенсивность армирования композита

Интенсивность армирования композита. Пусть v — объем арматуры, — объем связующего в ИСЭ. Тогда очевидны следующие соотношения [c.23]

Введенные выше величины р могут быть определены, если известны значения объемов Уп. Однако при У>1 ситуация оказывается неопределенной, поскольку одного уравнения (1.9) для однозначного определения этих величин, очевидно, недостаточно (см. также [58]). Введем поэтому интенсивность армирования композита арматурой п-го типа, определяемую как [c.23]

Суммируя величины р , получаем выражение для общей интенсивности армирования композита [c.23]

Условие максимальной интенсивности армирования композита. Исходя из выражения для р в форме (1.17) легко показать, что максимум интенсивности армирования V, т. е. композита в целом, достигается при условии равенства интенсивностей армирования р всех исходных структурных элементов или, что то же, всех 7 , заполняющих его представительный объем. Действительно, с учетом условия нормировки статистических весов в (1.11) выражение (1.17) преобразуется к виду [c.24]

Полученный результат имеет весьма важное практическое значение. В случае принятия условия максимальной интенсивности армирования композита (1.20) снимается неопределенность значений рп и, следовательно, 9 для любой структурной модели композита, независимо от структуры армирования и числа N выделенных в представительном объеме типов ИСЭ. Действительно, в этом случае интенсивности армирования ИСЭ всех типов совпадают [c.24]

Если в число варьируемых параметров включается интенсивность армирования композита, то комплекс оптимизируемых параметров принимает вид [c.172]

Столь большое число направлений армирования для произвольных значений углов укладки арматуры ф и ф , очевидно, может быть реализовано при весьма незначительных уровнях интенсивности армирования композита р, (см. раздел 1.7.1). Поскольку, однако, жесткость композита в целом определяется в первую очередь величиной р, то может оказаться, что желаемый уровень деформа-тивных характеристик композита достигается созданием неоптимальных (но допускающих более высокие реализации р) структур армирования. Кроме того, следует учитывать также возможность получения в результате оптимизации технологически нереализуемой пространственной структуры армирования. Таким образом, уже по этим соображениям оптимизация структуры пространственно армированного композита в общей постановке задачи, т. е. с вектором оптимизируемых структурных параметров 5=(ф а 5 0), по-видимому, малоэффективна. [c.202]

Данные выражения для эффективных модулей относятся к композиту с двумя упругими и изотропными исходными элементами. Поскольку приведенные выражения не содержат параметров, определяющих пространственную микроструктуру композита (имеется в виду взаимное расположение волокон), ясно, что эти выражения дают лишь первое приближение, в котором учитываются только механические характеристики исходных элементов, а также единственный структурный параметр — общая интенсивность армирования. Поэтому формулы (1.36) —(1.44) используются для расчета в соответствующем приближении эффективных модулей так называемого двухфазного ИСЭ композита при произвольной (в поперечном сечении) укладке волокон, ориентированных в направлении 1. Поправки, учитывающие взаимное расположение волокон в случае двоякопериодической регулярной микроструктуры композита, могут быть найдены расчетом частичных сумм рядов, полученных Г. А. Ваниным (см., например, [25]). [c.30]

Гибридный композит. В случае гибридного композита имеется Л > 1 различных армирующих элементов, различающихся физико-механическими свойствами, формой или размерами (рис. 1.3). Очевидно, что в общем случае такого композита для определения цп и 0 необходимо принять условие максимальной интенсивности армирования, позволяющее рассчитать указанные величины по формулам (1.21) и (1.22). [c.41]

Регулярные трехмерные структуры армирования на этапе создания армирующего каркаса композиционного материала реализуются средствами ткацкой технологии, вследствие чего все армирующие волокна такого композита или часть их имеют участки заданного искривления той или иной степени [45]. Принципиальным отличием регулярных трехмерных структур армирования от двумерных является, однако, зависимость предельно достижимой интенсивности армирования р, от числа направлений армирования и значений углов укладки арматуры [c.51]

Таким образом, рассматриваемые далее регулярные трехмерные структуры армирования с переменными значениями углов укладки арматуры ф и г 3п следует связывать в первую очередь с композитами невысокой интенсивности армирования (р< <0,2—0,3). Искривлениями волокон таких композитов, обусловленными технологией изготовления, в первом приближении можно, по-видимому, пренебречь, ограничивая число направлений армирования (т. е. типов ИСЭ) композита числом прямолинейных участков арматуры, различающихся парами (ф , 1)) ) (рис. 1.7). [c.52]

Подчеркнем, что в самом общем случае отдельные слои композита могут обладать произвольной структурой, т. е. быть однородными (например, средний слой — заполнитель из пенопласта в трехслойном пакете) или армированными в N 1 различных направлениях в плоскости или пространстве, а также содержать физически различные (по исходным материалам или интенсивности армирования Цт) типы ИСЭ. Таким образом, слоистые композиты представляют собой наиболее общий и сложный класс композиционных материалов. Кроме того, в рамках структурного подхода расчет эффективных характеристик слоистого композита характеризуется важной особенностью, заключающейся в обязательном учете порядка чередования слоев в пакете. Вследствие этого в список параметров, определяющих упомянутые характеристики слоистого композита, помимо рассмотренных в 1.5—1.7 физических и структурных параметров, вообще говоря, включаются и координаты граничных поверхностей слоев гт- [c.64]

Таким образом, получаем 13 вариантов допустимых по проектной ситуации конструкционных материалов. Это, однако, не означает, что вариантность модели оптимизации в рассматриваемом случае равна 13. Совершенно очевидно, что модель оптимизации может быть сформулирована только для гибридного композита и, таким образом, содержать в качестве параметров оптимизации две интенсивности армирования, одна из которых в результате численной реализации модели может принять нулевое значение. Следовательно, в рассматриваемом случае вариантность модели оптимизации Ус = 5, а модель оптимизации формулируется для гибридных композиций, перечисленных в (4.5). [c.170]

Интенсивность армирования ИСЭ 23 ------ композита 23 [c.291]

На рис. 4.25 показаны особенности разрушения композита, армированного в одном направлении волокном. Рис. а соответствует распространению трещины в матрице, а рис. б — распространению трещины, которое сопровождается вытягиванием волокна и его разрушением за пределами поверхностей трещины. Трещина может возникать в матрице между волокнами. Поэтому необходимо провести соответствующую проверку коэффициента интенсивности напряжений Ж. Для этой цели можно воспользоваться зависимостью Си и др. [c.101]

Электрохимическая коррозия является одной из наиболее распространенных форм коррозии. Она может происходить при наложении металлических крепежных деталей на изделия из эпоксидной смолы, -0,5- армированной углеродным волокном. Аналогичное явление характерно и для многих других комбинаций, где металлические детали контактируют или д находятся в непосредственной близости с более инертными композиционными материалами из эпоксидной смолы и углеродного волокна. Если какая-то конструкция состоит из двух или более разнородных материалов, то при соответствующих условиях коррозионное разрушение сначала произойдет у анодного материала, а затем уже у катодного . Интенсивность этой коррозии определяется прочностью гальванического элемента, которая, в свою очередь, зависит от расстояния между этими материалами в ряду напряжений, степени поляризации и величины образующегося тока. В соответствующем электролите эти факторы могут привести к коррозионному разрушению двух разнородных материалов. Рис. 19.1 [2] иллюстрирует высокую инертность композиционных материалов из углеродного волокна и эпоксидной смолы по сравнению с различными металлами. Эти композиты могут использоваться в контакте с менее инертными металлами при правильном выборе изоляции. На плотно прилегающие поверхности обычно наносят покрытия, которые прерывают ток гальванической пары. [c.281]

В более сложном случае гибридного композита, т. е. композита, армированного системой волокон разного сорта, например борными и стеклянными, попытки получить зависимости, аналогичные приведенным выше, приводят к мало пригодным для практического использования результатам (вследствие недостаточной их точности либо чрезвычайной громоздкости) [24, 25]. Этим, по-видимому, можно объяснить интенсивные поиски приближенных численных методов решения проблемы. В настоящее время наибольшее развитие получил подход, основанный на уже упоминавшемся методе тонких сечений [70—72]. Хорошему совпадению вычисленных с учетом такого подхода констант композита с их экспериментальными значениями мешают, как отмечают авторы этих работ, пористость, а также стохастический характер взаимного расположения волокон в реальном материале и некоторые другие причины, указанные в разделе 1.1.1. В целом же проблема определения эффективных модулей гибридного композита еще далека от своего разрешения. [c.31]

От указанных недостатков свободен структурный подход к установлению критериев прочности композитных материалов. Это направление в механике композитных материалов, представленное работами [50, 124, 146, 168, 172, 181, 192, 195, 199, 241, 255, 267, 278, 281, 310, 343 и др.], базируется на изучении истинных напряжений элементов субструктуры, для каждого из которых принимается тот или иной критерий прочности. Истинные напряжения восстанавливаются после определения средних (по объему представительного элемента) характеристик напряженно-деформированного состояния при помощи уравнений используемой структурной модели композитного материала. Таким путем удается вычислить разрушающие интенсивности внешних нагрузок всех элементов композита и наименьшую из них естественно принять в качестве нагрузки его начального разрушения. Этот подход позволяет выявить эффективность работы связующего и армирующих элементов, указать рациональные по прочности параметры армирования и открывает пути к управлению прочностными свойствами композитных материалов. В то же время необходимо отметить оценочный характер получаемых при этом результатов, поскольку их установление базируется на анализе локальных характеристик напряженно-деформированного состояния компонентов композита, определяемых лишь приближенно. Точность определения этих характеристик из средних по представительному объему величин ограничена, с одной стороны, точностью уравнений используемой структурной модели армированного слоя, само установление которых неизбежно связано с пренебрежением рядом локальных эффектов, и с другой — наличием неучитываемых технологических дефектов — неполной адгезии, отклонений в регулярности сети волокон и т.д., также неизбежно возникающих в процессе изготовления реального композитного материала и играющих роль концентраторов напряжений. [c.36]

Постановка и методика решения задач. Рассмотрим композитный материал, армированный волокнами конечных размеров в продольном направлении, когда при малой концентрации наполнителя вследствие нерегулярной структуры возникают пары достаточно близко размеш енных волокон, которые при потере устойчивости взаимодействуют друг с другом. В рамках модели плоской деформации проведем исследование внутренней потери устойчивости композита, которое не связано с влиянием граничных поверхностей, и полностью определяется только свойствами материала. В связи с этим в декартовых координатах х 0х2 композитный материал моделируется бесконечной матрицей, наполненной двумя одинаковыми цилиндрическими волокнами, направленными вдоль оси Охг. На бесконечности композит нагружен в направлении 0x1 сжимающей нагрузкой постоянной интенсивности Р (рис. 1). [c.333]

В задачах оптимизации конструкций из пространственно армированных макрооднородных композитов самостоятельное значение имеет критерий минимума интенсивности армирования композита [c.180]

Представлена краткая история и обаор модифицированной механики раз рушения Гриффитса — Ирвина. Подчеркнуто значение коэффициента интенсивности напряжений и скорости высвобождения энергии деформирования в механике разрушения изотропных и анизотропных материалов. Кратко изложена эмпирическая трактовка процесса усталостного роста трещины в изотропной среде. Затем перечислены противоречия между основными предпосылками классической теории разрушения и особенностями протекания процесса разрушения в многофазных слоистых материалах. Тем самым показана необходимость некоторого смягчения исходных предпосылок теории разрушения, которое позволило бы создать практически применимые подходы для решения задач разрушения композитов. Очень кратко, вследствие неприменимости непосредственно к решению инженерных задач, изложены основные результаты, полученные при помощи методов микромеханики, позволяющих исследовать процессы взаимодействия между трещиной, волокном и связующим в бесконечной среде. Далее огшсаны основные концепции современных макромеханических подходов для описания процесса разрушения композитов. Отмечено, что все подходы, расчеты по которым находятся в соответствии с экспериментальными данными, исключают из рассмотрения нелинейную зону или зону разрушения у кончика трещины. Более сложные теории (с учетом критического объема, плотности энергии деформирования) наилучшим образом согласуются с экспериментами на однонаправленно армированных композитах, когда трещины распространяются параллельно волокнам. Эти теории также хорошо описывают нагружение слоистых композитов под углом к направлению армирования, когда преобладающее влияние на процесс разрушения оказывает растрескивание полимерной матрицы. Расчеты по двум приближенным теориям (гипотетической трещины и критического расстояния) и комбинированному методу (модель тонкой пластической зоны) сравниваются с данными, полученными при испытании слоистых композитов с симметричной схемой армирования [ 6°]s. Приведены данные о хорошем соответствии степенной аппроксимации, применяемой для описания скорости роста трещины, результатам испытаний на усталость слоистых композитов с концентраторами напряжений. [c.221]

Пространственно армированные композиты по сравнению с обычными слоистыми композитами, как правило, оказывают более высокое сопротивление сдвигам в трансверсальных направлениях, не расслаиваются, лучще сопротивляются локальным, динамическим и тепловым нагрузкам. Степень проявления этих преимуществ пространственного армирования, однако, существенно зависит От уровня реализованной в композите интенсивности армирования. [c.5]

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]

При помощи спектров Рамана с лазерным источником в работе [49] показано, что у композитов, армированных графитом, прочность на сдвиг зависит от количества кристаллических граней на поверхности графита. Число этих граней увеличивается с повышением интенсивности окислительной обработки, так как многие края кристаллов графита при травлении обнажаются. По данным Батлера и Дифендорфа [9], поверхность необработанного высоко--модульного графитового волокна содержит плоскости, соединенные между собой слабыми связями, что приводит к когезионному разрушению графита параллельно поверхности раздела. [c.217]

Современное понимание зарождения усталостных трещин в армированных волокнами металлах можно резюмирова1ь следующим образом. Зарождение усталостных трещин в композитах отличается от зарождения усталостных трещин в металлах только тем, что, кроме свободных поверхностей, играющих роль мест зарождения трещин, новым источником усталостных трещин в композитах служат разорванные волокна. Эта проблема, естественно, является более острой для случая хрупких волокон, наличия хрупких покрытий на волокнах или хрупких продуктов реакций на поверхностях раздела. Важно, что зарождение трещин происходит во внутренних точках и не без труда поддается наблюдениям или контролю методами неразрушающих испытаний. Будут ли усталостные трещины зарождаться на самом деле у разорванных волокон или нет, зависит от величины соответствующего коэффициента интенсивности напряжений, который пропорционален диаметру волокна (длине начальной трещины) и амплитуде напряжений. Последующий рост трещин определяется упругими свойствами, пределом текучести и характеристиками механического упрочнения компонентов, а также прочностью границы раздела волокна и матрицы и ее микроструктурой. [c.410]

В работах [51, 58] подробно рассмотрено влияние отношения модулей упругости двух разнородных материалов на распределение упругих напряжений у конца трещины, когда она перпендикулярна плоской поверхности раздела двух материалов и конец трещины лежит на этой поверхности. Несколько позднее Леве-ренц [38] определил коэффициенты интенсивности напряжений для аналогичного случая, когда трещина располагалась вблизи поверхности раздела, но не доходила до нее. Результаты этих исследований помогают, в частности, понять механизмы усталостного разрушения армированных волокнами металлов они показывают, что поверхности раздела волокон и матрицы сильно влияют на вид распространения усталостных трещин и на механизмы усталостного разрушения композитов. Они также подсказывают, по-видимому, плодотворную область исследований по улучшению сопротивления композитов усталостному разрушению, а именно конструирование и управление структурой и прочностью границ раздела. [c.412]

В настоящее время интенсивно исследуется применение метода / -кривых. Поскольку условия задачи распространения трещин параллельно направлению армирования в однонаправленном композите не противоречат основным положениям механики разрушения, не удивительно, что применение к такой задаче более совершенных теорий приводит к очень хорошим результатам. Отсутствие различий в описании экспериментов на слоистых композитах со схемами армирования, более сложными, чем однонаправленная, при помощи приближенных и более точных теорий разрушения наводит на мысль, что многие особенности поведения слоистых композитов еще не учтены существующими теориями. Поэтому следует уделять должное внимание сопоставлению предлагае- [c.245]

Под действием циклических нагрузок на материал в течение продолжительного времени при некотором числе циклов может произойти разрушение материала при напрял<ении, которое оказывается ниже статического предела прочности. Число циклов, соответствующее разрушению, зависит от величины напряжения. Такой характер разрушения называется усталостным. Исследованиями усталости металлов издавна занимались многие ученые, что позволило глубоко и широко изучить процесс усталостного разрушения. К исследованию усталостного разрушения композитов приступили сравнительно недавно. В 1964 г. Боллер опубликовал результаты исследований на циклическое растяжение пластмасс, армированных стекловолокном [6.23]. С этого времени началось интенсивное исследование усталости композитов, которое продолжается и в настоящее время. [c.175]

Интенсивное изучение бороалюминиевых композитов началось в 70-80-е годы прошлого столетия. Было проведено большое количество теоретических и экспериментальных исследований на композитах с различными схемами армирования и условиями нагружения. При этом основное внимание уделялось изучению влияния различных технологических факторов на механические и прочностные характеристики материала, механизмы разрушения композита при воздействии статических и циклических нагрузок. [c.225]

КОМПОЗИТОВ обеспечивают получение широкого спектра служебных свойств. Для композитов, предназначенных для длительной высокотемпературной службы, решающими моментами при выборе являются не только достигаемые высокие механические свойства, но, главное, их стабильность в течение длительного времени при высоких температурах и нагрузках, в том числе при циклических режимах. Из этого следует, что при конструировании высокотемпературных композитов и подборе пар упрочняющая фаза—матрица большое значение приобретают не только прочность исходных составляющих композитов, их объемная доля, взаимное расположение и схема армирования, но и термическая стабильность компонентов композитов во взаимном контакте друг с другом, т. е. механическая совместимость (согласованность коэффициентов термического расширения) и физико-химическая совместимость (отсутствие интенсивного взаимодействия компонентов между собой, вызывающего деградацию структуры и свойств как армирующей фазы, так и матрицы). Из высокотемпературных интерметаллидов рассматриваются как перспективные NiAl [14], TiAl [15], фазы на основе системы Ti-Nb-Al [16], а также силициды Nb и Мо [15]. [c.214]

Такими материалами в первую очередь явля[ются современные композиционные материалы, или композиты, как все чаще называют эти материалы в научной литературе. Создание самых разнообразных композитов опирается на уникальную по простоте идею армирования, когда, например, податливый пластичный материал матрицы пронизывается жесткими высокопрочными волокнами. Именно эта идея армирования, заимствованная пока в крайне упрощенном виде у природы, в последние годы стимулировала интенсивное развитие новых представлений о деформировании и разрушении материалов, а главное, поставила проблему конструирования самих материалов. [c.6]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...