Армирование волокнами

В настоящее время проводят интенсивные исследования и опробование в опытных конструкциях многих металлов и сплавов, армированных волокнами. [c.637]

При армировании волокнами с одинаковой плотностью относительные толщины слоев можно выразить через коэффициенты армирования в каждом направлении, параллельном плоскости слоя [c.68]

К композициям относятся материалы, армированные волокнами или частицами, керамики, конгломераты и т. д. [c.148]

Одним из основных параметров, влияющих на прочность композиционных материалов, армированных волокнами, является прочность связи между волокнами и матрицей. Особенно важно обеспечить надежную связь в композициях, упрочненных дискретными волокнами, поскольку от нее зависит эффективность передачи напряжения от матрицы к армирующим элементам. [c.159]

Рассмотрим полосу, армированную волокнами, которые расположены в iV рядов в узлах квадратной сетки, и будем считать, что на нее действуют изгибающие моменты М (отнесенные к единице длины), как показано на рис. 6. Если бы эта полоса состояла из однородного изотропного материала, то единственная- ненулевая компонента тензора напряжений стц определялась бы по формуле [c.28]

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]

Будем считать, что изображенная на рис. 1,а призма состоит из локально однородного анизотропного материала, характеризующегося локальными коэффициентами жесткости Сц. В том случае, когда рассматривается композит, например армированная волокнами матрица, сами ij, по крайней мере в первом приближении, представляют собой эффективные модули, устанавливающие связь между усредненными по объему матрицы и включений значениями компонент тензоров напряжений и деформаций ). Локальные значения Сц в этом случае можно найти при помощи микромеханического исследования, как будет показано в гл. 3 и 6. [c.41]

Данная глава включает шесть разделов, два приложения и список литературы. Основные сведения о распространении механических возмущений приведены в приложении А. Некоторые результаты, относящиеся к динамике линейно упругих тел, обсуждаются в приложении Б. В разд. II дается обзор теории эффективных модулей для слоистых сред и сред, армированных волокнами. Несколько более подробно рассматривается слоистая среда, состоящая из чередующихся слоев двух изотропных однородных материалов здесь находятся выражения для эффективных модулей через упругие постоянные материала и толщины слоев. Построенная теория используется для нахождения постоянных фазовых скоростей продольных и поперечных волн в направлении, параллельном слоям. После этого исследуются пределы применимости теории эффективных модулей для изучения волн в слоистой среде. Соответствующие ограничения устанавливаются сравнением частот и фазовых скоростей с точными значениями, найденными в разд. III. [c.358]

Наиболее важными частными случаями анизотропии в целом для армированных волокнами композитов представляются случаи ортотропии, квадратной симметрии и трансверсальной изотропии. В ортотропном упругом теле существует три взаимно перпендикулярные плоскости упругой симметрии. В качестве примера таких материалов можно привести композит, [c.359]

Теория эффективных модулей была широко использована для изучения волн в пластинах, армированных волокнами см., например, работы [22] и [82]. Формы волновых фронтов, возникающих при ударе по пластине, в рамках теории эффективных модулей исследовались в работе [49]. [c.364]

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]

Чтобы вычислить коэффициент концентрации напряжений в моделируемом композите, армированном волокнами бора, в формулу (26) нужно подставить модуль Ес композита. В данном случае различие между величинами этого модуля для модели и для натуры мало в интервале значений объемной доли волокон от 0,50 до 0,70 оно составляет менее 10%. Коэффициент концентрации деформаций в этом же интервале меняется приблизительно от 4 до 12. Этот факт показывает, что основным критерием прочности в случае поперечного нагружения является максимальная деформация матрицы. [c.516]

В армированных волокнами бора композитах, широко применяемых в технике, модуль вдоль волокон примерно в десять раз превышает модуль в поперечном направлении отсюда следует, что одна и та же нагрузка, действуя в поперечном направлении, вызывает максимальную деформацию матрицы в 40—120 раз выше, чем в случае, когда она действует в продольном направлении. [c.516]

Рис. 4. Возможные. ипы разрушения армированных волокнами композитов с металлической матрицей при сжатии, а — разрушение типа сдвига б —разрушение тина отрыва.

Поскольку в волокнистых композитах поверхность раздела является границей физически, химически и механически не совместимых фаз, необходимо знать, какой вклад она вносит в прочность композита. Аналитические модели в предположении совершенной поверхности раздела позволяют просто рассчитать механические свойства. В действительности же может происходить (и часто происходит) потеря стабильности [58, гл. 3]. Поэтому в следующих разделах основное внимание будет уделено анализу свойств хорошо изученных волокнистых композитов. Наиболее детально изучена система алюминий—нержавеющая сталь кроме того, будут рассмотрены системы, армированные волокнами бора и вольфрамовой проволокой. Там, где это возможно, применимость идеализированных моделей к реальным системам будет оцениваться с помощью микроструктурного анализа. [c.238]

Композиты, армированные волокнами, ориентированными [c.293]

Металлические композиционные материалы включают два основных класса дисперсноупрочненные материалы (рис. 463,6) и металлы, армированные волокнами (рис. 463, а). [c.635]

Наибольшее внимание привлекают алюминиевые сплавы, армированные волокнами из бора, углерода, нержавеющей стали и бериллия титановые сплавы, армированные волокнами молибдена и бериллия, и никелевые сплавы, армированные волокнами вольфрама, молибдена и их сплавов. Данные о прочности некоторых волокон и армированных материалов приведены в табл. 156 и 157. Такие материалы наиболее перспективны для деталей, работающих в условиях, близких к одноосному растяжению, например лопаток турбин я компрессоров. Максимальные рабочие температуры этих материалов близки к температуре плавления матрицы. На рис. 465 в качестве примера показаны температурные зависимости прочности для алюминия, армированного стеклянными и кварцевыми волокнами. Для сравнения на графике приведены свойства дисперсноупроч ненного алюминия и алюминиевого сплава. На рис. 466 показана макро- и микроструктура прутка из сплава нихром, армированного волокнами вольфрама (50%). [c.640]

Для промышленного применения металлов, армированных волокнами, необходимо преодолеть значительные трудности, связанные с разработкой технологии их получения, а также соответствующих методов конструирования н расчета деталей. Однако с учетом высокого уровня прочности (особенно удельной) и возможности достижения требуемого комплекса свойств путем выбора материалов матрицы и волокон, изменения объемной доли волокон, их ориеггтиропки и т. д. широкое применение таки.х материалов в ближаСинсм бу-д Н1ем не вызывает сомнений. [c.640]

Дальнейшие примеры прямоугольных решеток читатель найдет в работе [47]. Решетки с криволинейными краями обсуждались в работах [45, 48, 49]. Работы [50], хотя и посвящены оптимальному проектированию пластинок постоянной толш,ины, армированных волокнами, но имеют также отношение к оптимальному проектированию решеток. Интересный метод проектирования решеток, предложенный Гейманом [51], не обязательно приводит к решеткам минимального веса. [c.67]

При четырех направлениях армирования, из которых три создают изотропию свойств в плоскости (табл. 1.2, схема 5), Хпр снижается по сравнению с коэффициентом армирования по гексагональной однонаправленной схеме 1 на 38 %. В схеме 5 вследствие косоугольной укладки волокон в плоскости при касании их с волокнами ортогонального к плоскости направления имеется больше свободных вакансий для заполнения связующим, чем в случае трех ортогональных направлений армирования (схема 4). В случае пространственного косоугольного армирования волокна укладываются по четырем направлениям (схема 6) параллельно каждой из двух ортогональных плоскостей с наклоном к третьей плоскости под углом Преимущество этой схемы состоит в эффективнЬм [c.20]

Отметим, что во всех трех рассмотренных вариантах армирования волокна каждого однонаправленного семейства уложены параллельно одной из главных плоскостей упругой симметрии. Выхода волокон из этих плоскостей, не приводящего к нарушению кубической симметрии, можно достичь при ориентации их параллельно четырем большим диагноналям куба, грани которого являются главными плоскостями упругой симметрии. Такая четырехнаправленная пространственная структура армирования компо- [c.88]

Приближенный учет шага укладки волокон в поперечном сечении трех-мерноармированного материала может быть выполнен введением в расчет геометрических параметров, отражающих распределение плотности укладки волокон каждого направления. Для регулярной структуры, образованной взаимно ортогональными волокнами, уложенными в трех направлениях, следует установить ряд вспомогательных геометрических соотношений. Для этого нужно рассмотреть тонкие армированные волокнами [c.128]

Расчетные значения упругих характеристик однонаправленных композиционных материалов, армированных волокнами эллиптического и квадратного сечений, при различной ориентации геометрических осей симметрии сечений волокон и изменении их относительного сближения отличаются на 50—200 % в зависимости от формы сечения [98, 121], Замена квадратного сечения волокна круглым при неизменности остальных параметров почти не влияет на значения упругих констант. [c.144]

Хашин 3., Розен Б. В. Упругие модули материалов, армированных волокнами. — Труды американского общества инженеров-механиков. Серия Е, Прикладная механика/Пер. с англ. 1969, № 2, с. 223—232. [c.221]

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]

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]

Далли и др. [52] использовали методы фотоупругости для наблюдения за двумерными волнами в ортотропных пластинах, армированных волокнами. Исследование такого рода оказалось возможным благодаря созданию ортотропного материала с двойным лучепреломлением, обладающего достаточной прозрачностью для применения метода фотоупругости (см. работу [140]). Авторы изучили кратковременное воздействие нагрузки, приложенной к краю полубесконечной пластины, а также неограниченную пластину с отверстием, по краю которого создавалась импульсная нагрузка, вызываемая взрывчатым веществом — азидом свинца (рис. 19). Анизотропный характер волны напряжения (отношение модулей я 3,0) показан на рис. 19. Нерегулярная кайма, [c.310]

Изучение механического поведения композиционных материалов включает аналитические исследования на двух уровнях абстрагирования. В общепринятой терминологии области этих исследований носят названия микромеханики и макромеханики. В микромеханике делается попытка распознать тонкие детали струк1уры материала, т. е. рассмотреть в действительности неоднородное тело, состоящее из включений — волокон, частиц или кристаллов — н матрицы, в которой размещены эти включения. Хотя термин композит объединяет широкое многообразие материалов, таких, как бетон, полукристаллические полимеры, бумага, кожа, кость и т. д., здесь будут обсуждаться главным образом материалы, армированные волокнами. Следует разъяснить, что термин микромеханика обычно не подразумевает исследований на атомном уровне или использования тензоров напряжений высших порядков, подобных фигурирующим в теориях моментных напряжений или теориях градиентов деформаций, хотя имеются и работы такого типа (см., например, Садовский и др. [16], а также Кох [8]). [c.14]

Перейдем теперь к изучению вида матриц эффективных жесткостей для одного частного класса симметрии материала, а именно предположим, что каждая материальная частица обладает единственной плоскостью упругой симметрии, нормальной к оси 2. Это свойство называется моноклинной симметрией. Как и ранее, локальные коэффициенты жесткости могут меняться по толщине непрерывно или скачкообразно. Последнее характерно для большинства используемых в технике слоистых композитов, которые состоят из слоев армированного волокнами материала, причем волокна различных слоев лежат в параллельных плоскостях, Для моноклинной симметрии можно показать (Лех-ницкий [11]), что в рассматриваемом здесь случае (когда плоскость симметрии нормальна к оси z) [c.47]

Для того чтобы получить другую модель, положим, что все пуассоновские точки вместе с их окрестностями принадлежат одному материалу. Можно считать, что этот материал заполняет круг радиуса го с центром в каждой точке, а остальная часть плоскости состоит из другого материала. Если <С 1р, где Zj, = [У/Л ]>/з — среднее расстояние между пуассоновскими точками, то мы имеем случай малой концентрации кругов в матрице. Однако при Го 0(1р) в описанной выше модели мнотие круги перекрываются и модель не годится для описания материала с круговыми включениями. Чтобы получить модель такого материала, следует ввести правило, согласно которому круги, соответствующие соседним пуассоновским точкам, в случае необходимости смещаются так, чтобы они не перекрывались. Это, разумеется, относится к построению модели материала, армированного волокнами с круговыми поперечными сечениями. Форма включений не обязательно должна быть круговой она может быть произвольной. Всю процедуру и в этом случае можно выполнить на ЭВМ, построив таким образом случайное поле е (х). [c.259]

Итак, три основные гипотезы, упомянутые выше, состоят в следующем во-первых, волокна распределены непрерывно-, во-вторых, волокна являются нерастяжимыми в третьих, композит в целом несжимаем. Малхерн и др. [22] использовали эти же гипотезы в своей теории, предназначенной для описания армированных волокнами пластических материалов. Все математические модели, основанные на этих трех предположениях, мы называем идеальными волокнистыми композитами независимо от того, является ли их поведение упругим, пластическим, вязкоупругим или каким-либо еще. Пипкин и Роджерс [26] показали, что многие особенности механического поведения подобных материалов не зависят от вида связи напряжений с деформациями. В настоящем обзоре мы сосредоточиваем наше внимание именно на таких общих характерных чертах. [c.289]

В теории изотропных материалов с кинематическими ограничениями, предложенной Адкинсом и Ривлином [5] (см. также Адкинс [2—4], Грин и Адкинс [15]), энергия деформации выбирается в форме, которую она имеет для изотропных упругих материалов, а не для материалов с трансверсальной изотропией. Для изотропного материала W не зависит от /з, следовательно, в выражении для S следует положить = 0. Как отметил Спенсер [40], это предположение приемлемо, по-видимому, лишь тогда, когда материал армирован волокнами, далеко отстоящими друг от друга. Аналогичное предположение было использовано Прагером [28] при иследовании упругопластического поведения. [c.348]

Для деформаций видов (2) и (4) материалы могут быть армированы волокнами, параллельными образующим коаксиальных цилиндров, являющихся главными поверхностями. В случае (3) волокна могут быть или параллельными, или перпендикулярными главным поверхностям, в начальном состоянии представляющим собой параллельные плоскости. Деформации вида (5) остаются контролируемыми для материалов, армированных волокнами, в начальном состоянии параллельными оси вращательной симметрии. Применение этого вида деформаций для получения решений в случае волокнистых и слоистых композитов несколько более подробно рассмотрено в статье Пипкина [23]. [c.351]

Строгое определение понятия эффективного модуля для армированных волокнами композитов и подробное обсуждение способов их вычисления дано в работе Хашина [30] ). [c.359]

Основные концепции континуальных теорий смесей основательно изучены в рамках современных теорий механики сплошных сред. В теориях смесей предполагается наличие двух или более сред в каждой точке пространства, поэтому общие законы сохранения для смесей сформулировать нетрудно, но практическое их применение к композиционным материалам сталкивается с определенными затруднениями, связанными с трудностями задания законов взаимодействия компонентов на основе информации об их взаимном расположении и физических характеристиках. Для слоистой среды теория смеси, в которой параметры взаимодействия компонентов были определены на основании решений некоторых простейших квазистатических задач, предложена в работе Бедфорда и Стерна [12]. Новизна теории Бедфорда и Стерна состоит в том, что допускаются различные движения компонентов смеси, причем связь между этими движениями определяется моделью взаимодействия компонентов в реальном композите. В работе Бедфорда и Стерна [13] развита общая термомеханическая теория, основанная на этой модели, а также выведена система уравнений, применимых к определенному классу армированных волокнами композитов (см. Мартин и др. [45]). [c.380]

Борные волокна с покрытием из нитрида бора оказались весьма стабильными в контакте с расплавленным алюминием. Кэй-мехорт [8] показал, что до тех пор, пока сохраняется целостность этого покрытия, борное волокно остается неповрежденным в расплаве алюминия при 1073 К. На основании этих данных был разработан способ изготовления композитов А —В путем пропитки волокон расплавленным металлом. Форест и Кристиан [11] исследовали сдвиговую и поперечную прочности композита, состоящего из борных волокон с нитридным покрытием н матрицы из алюминиевого оплава 6061. Материал был изготовлен диффузионной сваркой. Прочность этого композита на сдвиг оказалась меньше, а поперечная прочность — существенно меньше, чем материалов, армированных волокнами бора и борсика. Такие низкие значения прочности, возможно, обусловлены слабой связью между нитридом бора и алюминием, хотя в работе отсутствуют данные о характере разрушения, которые могли бы подтвердить это предположение. Связь между алюминием и борным волокном с покрытием из карбида кремния в меньшей степени зависит от способа изготовления материала. По заключению авторов цитируемой работы, наиболее удачное сочетание механических свойств имеет композит алюминиевый сплав бОбГ —непокрытое борное волокно, закаленный с 800 К с последующим старением. [c.128]

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]

Шмитца и др. [32]. Особый интерес к этой системе обусловлен, в частности, стремлением установить, в какой степени прочность матрицы влияет на допустимый уровень развития реакции на поверхности раздела. Результаты указанных выше работ приведены на рис. И. Каждая точка получена, как правило, усреднением результатов двух или более измерений. Представленные данные получены для четырех партий ленты Ti75A—В, армированной волокнами со средней прочностью от 285 до 346 кГ/мм . Средняя прочность ленты в этих партиях составляла 98, 100, 99 и 100 кГ/мм ,, что свидетельствует о стабильности качества применявшегося в исследовании материала. Стабильными были и результаты, полученные при каждом режиме термической обработки. [c.160]

Для исследования взаимосвязи состояния поверхности раздела и характеристик продольного растяжения использовали два композита. В обоих композитах матрицей служил сплав А16061, но один из них был армирован волокнами бора диаметром 100 м км (25 об.%), а другой —волокнами бора диаметром 140 мкм (45 об.%). Как правило, матрицу подвергали полному отжигу (70 0 К, 2 ч, медленное охлаждение в течение 6 ч до 533 К). В за- [c.171]

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]

ЭПОКСИДНОЙ матрицы, 755 К и выше в случае металлической матрицы), чтобы получить слоистый композит, армированный волокнами. Такие композиты, наряду с паиравлениями и плоскостями высокой прочности, обычно имеют слабые плоскости и направления, а композиты с такими свойствами могут отличаться в эксплуатации от гомогенных изотропных материалов. [c.279]

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]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...