Характеристика волокнистых композитов

Важной характеристикой волокнистых композитов является диаметр волокна. Однако, согласно данным, представлеН НЫм на рис. 37, он, по-видимому, не влияет на прочность адгезионной связи. [c.77]

ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИТОВ [c.10]

Характеристика волокнистых композитов [c.11]

Рассматривая значение поверхностей раздела как фактора, определяющего механические свойства волокнистых композитов, необходимо иметь в виду два возможных подхода. Анализ проблемы может быть сведен либо к исследованию влияния состояния и прочности поверхности раздела на свойства композита в целом, либо, напротив, к исследованию влияния свойств композита в целом на поведение поверхности раздела. Ни один из этих подходов не является исчерпывающим они взаимосвязаны, так как поведение поверхности раздела влияет на характеристики композита, а последние, в свою очередь, влияют на поведение поверхности раздела. Поскольку в большинстве глав этой книги, в основном, принят первый подход, здесь целесообразно рассмотреть поведение поверхности раздела, главным образом, с другой точки зрения. [c.49]

Другой характеристикой стеклянных волокон, важной прн изучении временного разрушения волокнистых композитов, является статистическая природа их прочности. Уже давно извест- [c.271]

Экспериментальные результаты, представленные в этом разделе, демонстрируют чрезвычайную сложность проблемы удара применительно к волокнистым композитам. Дополнительно к большому числу параметров, необходимых для характеристики статической прочности композитов, поведение при ударе усложняется дополнительными факторами, такими, как скорость удара, форма и размер пули, распространение волны, внутренние повреждения и методика эксперимента. Обзор представленных здесь экспериментальных результатов, каждый из которых имеет дело с небольшой частью проблемы, демонстрирует необходимость ее основательного анализа. Плохое сопротивление удару волокнистых композитов является, по-видимому, наиболее серьезным недостатком их механического поведения, но сейчас можно очень мало сказать об его улучшении. Необходимо сделать попытку построить модель разрушения (или модели) в условиях удара, а не собирать еще экспериментальные данные, которые едва][ли смогут послужить руководством для инженера. [c.330]

В следующем разделе выясняются две основные особенности усталостной прочности композитов, а именно (а) что усталостная прочность является свойством самого композита в противоположность тем свойствам, которые определяются характеристиками каждого из компонентов, и (б) что некоторые особенности конструкции материала можно использовать для максимального увеличения усталостной прочности волокнистых композитов. [c.402]

В работе [52] развита полуэмпирическая детерминистическая схема для предсказания и установления взаимосвязи между распространением усталостной трещины, остаточной прочностью и временем жизни слоистых волокнистых композитов с надрезами и отверстиями. Этот подход находится в соответствии с принципами усталостного износа ) и охватывает главные физические характеристики и механизмы разрушения, которые наблюдались при статических и усталостных испытаниях волокнистых композитов (см., например, [45]). Существует три вида такого разрушения [c.87]

Результаты испытаний по определению характеристик механических свойств бороалюминия при растяжении вдоль волокон приведены в табл. 8.2. На ряде образцов наблюдался подрост трещины, стартовавшей из области перехода сечений, перпендикулярно продольной оси образца, расслоение вдоль волокон и основной долом происходили уже в захватной части образца. Такой характер разрушения обусловлен концентрацией касательных напряжений в области изменения сечения. Результаты испытаний таких образцов не учитывались. Разрушающие напряжения и деформации определялись по максимальной нагрузке, модуль упругости — по углу наклона диаграммы деформирования на линейном участке. Отметим, что существенный разброс значений прочности является характерной особенностью волокнистых композитов с высокой степенью армирования — поданным [1], коэффициент вариации прочности бороалюминия может достигать 21...23 % при объемном содержании волокон 54 %. [c.234]

Согласно феноменологическому подходу, используемому в настоящей работе, композит типа ВКМ рассматривается как однородный анизотропный материал, обладающий симметрией строения, характеристики разрущения которого зависят от свойств компонентов. Это позволяет уменьшить число экспериментальных данных, необходимых для оценки остаточной прочности элементов конструкций с дефектами. Предположение об однородности композита определяет также минимальный размер трещиноподобного дефекта, влияние которого на несущую способность может быть описано с помощью подходов механики разрущения. Для волокнистых композитов размер дефекта должен значительно превосходить характерный размер структуры материала — диаметр волокна. [c.235]

Структурный подход свободен от этих недостатков. В его основе лежит допущение о существовании характерного размера неоднородности гетерогенной среды регулярной структуры, позволяющее выделить представительный элемент композита и описать процедуру осреднения. Например, в случае волокнистых композитов таким характерным размером служит расстояние между волокнами. Взаимосвязь между приведенными и раздельными характеристиками изучается с помощью моделей с упрощенной микроструктурой. При таком подходе физикомеханические характеристики композита удается выразить через характеристики элементов субструктуры и структурных параметров армирования. Получающиеся при этом соотношения позволяют по известным полям средних напряжений и деформаций восстановить истинные напряжения в связующем и армирующих элементах, что открывает широкие возможности для рационального проектирования композитных конструкций. [c.27]

Для правильного применения волокнистых композитов потребовалась разработка методов определения трансверсальных и сдвиговых характеристик, на которые раньше практически не обращали внимание, и усовершенствование способов определения упругих и прочностных характеристик в направлении волокон. [c.10]

Первая трудность, с которой приходится сталкиваться при испытаниях композитов, связана с установлением числа определяемых прочностных и деформативных характеристик. Подробность и точность получаемой информации зависит от выбора модели материала. Для волокнистых композитов даже простейшее рассмотрение в рамках Гуковской модели приводит к необходимости измерения большого числа параметров. Вот почему особое внимание уделено установлению типа анизотропии разных классов материалов с волокнистой, слоистой и пространственно-сшитой структурой и числу определяемых прочностных и упругих характеристик. [c.13]

Разработан ряд прямых методов измерения характеристик напряженного состояния на поверхности раздела и адгезионной прочности. Поляризационно-оптический метод волокнистых включений наиболее надежен при определении локальной концентрации напряжений. Испытания методом выдергивания волокон из матрицы пригодны для измерения средней прочности адгезионного соединения, а методы оценки энергии разрушения — для определения начала расслоения у концов волокна. Прочность адгезионной связи можно установить по результатам испытаний композитов на сдвиг и поперечное растяжение. Динамический модуль упругости и (или) логарифмический декремент затухания колебаний применяются для определения нарушения адгезионного соединения. Динамические методы испытаний и методы короткой балки при испытаниях на сдвиг обычно пригодны для контроля качественной оценки прочности адгезионного соединения и определения влияния на нее окружающей среды. [c.83]

На поведение композитов влияют характеристики дисперсной и матричной фаз, состояние дисперсной фазы (волокнистое или зернистое), содержание этой фазы в композите и т. д. [c.107]

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]

Опубликовано много других примеров использования свободных колебаний и элементарной теории для определения комплексных характеристик монолитных и композиционных материалов. Так, Шрагер и Кери [99] применили крутильные колебания для изучения влияния температуры на характеристики бороэпоксидных волокнистых композитов, а Сираковски с соавторами [105] использовали свободные и вынужденные колебания консольных балок из армированного частицами алюминия [c.181]

Поскольку системы алюминий—бор и титан—бор обладают перспективными свойствами и могут быть сравнительно легко получены, они исследованы более широко. Детальные сведения о характеристиках растяжения композита алюминий—борсик были представлены Крайдером и др. [49]. Кроме того, влияние поверхности раздела на характеристики растяжения изучал Меткалф [58, гл. 4], а Кляйну [58, гл. 5] принадлежит обзор по прочности волокнистых композитов при внеосном растяжении. [c.245]

Для большинства жестких наполнителей в тех случаях, к /дз поверхность раздела прочна, вязкость разрушения уменьшается с ростом их объемной доли увеличение объемной доли напглнителя сопровождается усилением стеснения и пластического течения матрицы. В широко исследованной системе кобальт — карбид вольфрама стеснение матрицы при 80 об.% упрочнителя достаточно велико, чтобы не происходило ее заметного пластического течения поэтому разрушение происходит почти исключительно путем связывания трещиной в матрице смежных разрушенных карбидных частиц. В этой ситуации прочность при разрушении существенно зависит от тех же статистических функций, которые описывают разрушение волокнистых композитов если довольно много частиц разрушено, то несущая способность остальных частиц оказывается недостаточной и композит будет разрушаться. При меньшей объемной доле упрочнителя более значительную роль играют характеристики матрицы [48]. [c.303]

У пругопластические характеристики, влияние иа состояние поверхности раздела в волокнистых композитах 238—252 [c.436]

В книге рассматриваются современные модели расчета и методы параметрической оптимизации несущей способности оболочек вращения из композитов двумерной и пространственной структур армирования. Основное внимание при этом уделено оболочкам, работающим на статическую устойчивость или в режиме колебаний, эффективные деформативные характеристики которых определяются методами теории структурного моделирования композита. В задачах, содержащих оценки предельных состояний оболочек по прочности, используется феноменологическая структурная модель прочностных характеристик слоистого композита, параметры которой получены экспериментально. Подробно анализируются особенности постановки задач пара.метрической оптимизации оболочек из композитов. Показана взаимосвязь векторной и скалярной моделей задач оптимизации в случае формализуемых локальных критериев качества проекта. Значительное место отведено изложению и примерам приложения нового метода решения задач оптимизации оболочек из. многослойных композитов — метода обобщенных структурных параметров, применение которого позволяет получить наиболее полную информацию об опти.чальных проектах широкого класса практически важных задач оптимизации. Содержащиеся в книге результаты могут быть использованы для инженерного проектирования оболочек из волокнистых композитов. Табл. 23, ил. 58, библиогр. 181 назв. [c.4]

Для однонаправленного волокнистого композита тензор модулей упругости нулевого приближения и эффективный тензор модулей упругости могут быть определены аналитическими методами теории функций комплексной переменной. При этом возможен учет условий неидеального контакта. В качестве примера рассматривается определение эффективных характеристик одно-, направленного волокнистого композита при идеальном контакте между связующим и волокном. [c.195]

При частоте ои = 10 с длина волны сдвига в волокнистой среде по сравнению с классической теорией возрастает всего на 0,15 %, а при о = 5 10 с она превышает классическую на 15 %. Дальнейшее уточнение требует учета большего числа членов в уравнении частот и влияния дифракционного рассеяния. При сравнении зависимости эффективных упругих характеристик от объемного содержания волокон в одноуровневых волокнистых композитах и таковых с двухуровневой структурой обнаружены аномалии. В частности, формула для модуля сдвига в последнем случае имеет вид [c.161]

С помощью таких методов удалось найти точные эффективные характеристики слоистых и некоторых однонаправленных волокнистых композитов (волок-нитов) с упругими, линейно-вязкоупругими компонентами и даже с некоторыми упруго-пластическими [16]. [c.656]

Для волокнистых композитов характерны две их высокие прочностные характеристики прочности при одноосном растяжении и сжатии вдоль волокон. На их использовании построена вся стратегия управления схемой армирования в тонкостенных элементах конструкций. Однако волокнистые однонаправленные композиты имеют еще одну не менее высокую прочностную характеристику — [c.483]

Обнаруженные особенности волокнистых композитов нстребо-вали создания уточненных методов расчета и испытаний, способных оценить явления, связанные со слабыми сдвиговыми и поперечными характеристиками. Многочисленные исследования, выполненные в последние годы, показали необходимость учета указанных конструкционных особенностей рассматриваемых материалов. Одновременно в практике конструирования композитов шел поиск методов и приемов устранения отрицательных особенностей композитов с традиционной схемой армирования. [c.12]

Высокая жесткость и прочность армирующих элементов, составляющая основу прочности и жесткости армированных пластиков, реализуется лишь в том случае, если они расположены определенным образом по отношению к действующей нагрузке. Вследствие большого разнообразия нагрузок применяются весьма различные схемы укладкп армирующих элементов при этом задача может быть настолько сложной, что для выбора рациональных схем упаковки волокон приходится использовать электронно-вычислительные машины. Классификация по укладке позволяет установить, к какому типу анизотропии в зависимости от ориентации арматуры приводятся волокнистые композиты, а следовательно, и установить число определяемых характеристик. [c.21]

Пока достаточно отметить, что метод конечных элементов особенно хорош при решении задач со сложными жесткостными свойствами материала. Из дальнейшего будет видно, что матрица [Е (или обратная к ней матрица) легко обрабатывается в алгоритмах численного интегрирования. Ограничения, накладываемые на сложность и представления жесткостных характеристик материала, часто диктуются практикой для большинства практических за ач трудно располагать большей информацией о механических характеристиках материала, чем полученной в результате эксперимента информацией о зависимости напряжений от деформаций для орто-тропного материала в двумерном случае. Исключение составляют слоистые пластины с ортотропными слоями (механические характеристики слоев можно определить экспериментально, а затем вычислить характеристики всей слоистой пластины) и композитные материалы (например, стекло-волокнистые композиты). Благодаря особой роли композитов как ортотропных материалов, прихменяе-мых на практике, публикации, касающиеся их разработки и использования, представляют отличный источник информации для детального построения вполне общих соотношений, задающих жест-костное поведение материала (см. [4.81). [c.118]

Некоторые примеры вычисления эффективных комплексных модулей были даны Хашином для гранулированных [46] и волокнистых [47, 48] композитов как при предположении о малости затухания, так и без этого предположения. Рисунки 9 и 10 показывают зависимости от частоты вещественных и мнимых частей комплексных модулей продольного сдвига Сд = Од 4- iG" полиизобутплена (при температурах выше Tg), армированного жесткими параллельными волокнами. График зависимости комплексного модуля сдвига (Уг = 0) от частоты взят из приведенных кривых, построенных Тобольским и Катсиффом [117]. Эти характеристики были получены с использованием упругого модуля сдвига Ga для так называемой модели цилиндрического массива [45] [c.154]

Ранее композиционный материал рассматривался как однородное анизотропное тело. Реальные материалы, как правило, на микроуровне неоднородны. Коэффициенты жесткости и податливости таких материалов определяются свойствами компонентов композиционного материала и его внутренней структурой. Определение макроскопических характеристик материала по известным характеристикам армирующих элементов и связующего — задача структурной механики композитов или теории армирования. В настоящем параграфе эта задача решается для однонаправленного волокнистого композиционного материала, характер взаимодействия элементов которого весьма сложен. [c.14]

Исследования структуры и свойств мартенситно-стареющих сталей (гл. 6) проводили с целью разработки оптимальных режимов термообработки композитных конструкций, обеспечивающих повышение прочности изделий. Это имеет важное практическое значение при создании конструкций, работающих в агрессивных средах, при высоких давлениях и теплообмене. Исследования характеристик трещино-стойкости волокнистого бороалюминиевого композита (гл. 8) были предопределены необходимостью оценки несущей способности элементов ферменных конструкций космических аппаратов с учетом влияния технологических и эксплуатационных дефектов. Интенсивное развитие нанотехнологий, использующих новый класс материалов — ультрадисперсные порошки химических соединений, привело к резкому увеличению числа работ по их практическому применению для повышения качества металлоизделий. Результаты 20-летних исследований в этом направлении представлены в гл. 9. Широкие перспективы использования керамических материалов, в частности конструкционной керамики на основе оксида алюминия, а также проведенные исследования обозначили ряд проблем при изготовлении изделий — недостаточная эксплуатационная надежность, хрупкость, сложность формирования бездефектной структуры. Отсюда возникли задачи исследования трещиностойкости керамики в связи с влиянием структуры, свойств и технологии ее получения (гл. 10). [c.9]

Требования снижения металлоемкости конструкций при одновременном повышении прочности и надежности обусловливают разработку новых конструкционных материалов, среди которых необходимо выделить композиционные материалы с металлической матрицей. Учитывая широкое использование данного класса материалов при создании конструкций транспортного и химического машиностроения, ракетно-авиационной и космической техники, исследование процессов их разрушения представляет собой важную задачу механики конструкционного материаловедения. В ряду композитов с металлической матрицей особое место занимает бороалюминий — материал на основе алюминия, упрочненного волокнами бора. Бороалюминиевый волокнистый композиционный материал (ВКМ) обладает высокими удельными показателями прочности и жесткости, высокой стабильностью механических характеристик при повышенных температурах. Благодаря уникальным свойствам данного материала, его используют в несущих конструкциях космических аппаратов и авиационной техники [1, 2]. [c.224]

Ниспадающая ветвь графика деформационной зависимости при испытаниях металлических образцов является отражением, большей ча стью, равновесного прорастания магистральной трещины [120]. В oi> дельных случаях это справедливо и для композитов [349, 361]. Вместе с тем, если прочностные и деформационные свойства элементов структуры неоднородной среды существенно отличаются, что характерно для болыш1нства композиционных материалов, то формировал ния выраженной макротрещины может не происходить. Однако развитое дискретное рассеянное разрушение слабых элементов и в этом случае приводит к спаду на диаграмме [357]. Хаотичность включений обеспечивает последовательность возникновения зон разрушения в отдаленных друг от друга частях неоднородной среды, что создает преграду для локализации деформаций и позволяет с использованием вероятностных подходов определять связи между средним напряжением и средней деформацией [125]. Определенная структурная неоднородность обеспечивает преим]гщественный вид деформации, отличный от локализованного. В частности, для тел волокнистой структуры ниспадающий участок диаграммы возникает в результате последовзг тельного обрыва неравнопрочных волокон [124]. Характер процесса разрушения неоднородных сред существенно зависит от хаотичности в расположении и степени разброса свойств элементов структуры, поэтому статистические характеристики прочности этих элементов во многом предопределяют параметры ниспадающей ветви, в частности, ее наклон, который отражает склонность материала к хрупкому разрушению. [c.26]

Дж. Эшелби [14] решил задачу об упругом деформировании изотропной среды с включением эллипсоидальной формы, и на основе этого получил зависимости эффективных постоянных композита от объемного содержания в нем хаотически ориентированных вытянутых эллипсоидов. В работе [20] аналогичная задача решена для включений пластинчатой формы. Впоследствии Рассел [21] использовал решение Эшелби при исследовании влияния длины волокон в однонаправленном волокнистом композите на его эффективные характеристики. [c.17]

В заключение раздела отметим, что многообразие применяемых композигаых металлов и видов изделий из них, постоянное их увеличение, связанное с потребностями различных отраслей науки и техники, по-видимому, не позволяют, по крайней мере, в ближайшее время, развить сколько-нибудь общую теорию построения эффективных модулей, пригод1ую для произвольного сочетания компонент композита. В отдельных случаях, как было показано, удобно применять те или иные способы оценки эффективных свойств и с этой точки зрения, очевидно, полезно в дальнейшем развивать теории расчета эффжгавных характеристик КМ. Наиболее перспективными представляются методы, позволяющие учитывать индивидуальные особенности каждой компоненты КМ, если не для произвольного их сочетания, то хотя бы для определенных классов КМ, например, многослойные, волокнистые, армированные и т л. [c.177]

Настоящая глава посвящена описанию метода анализа межслой-ного растрескивания (расслоения) в волокнистых слоистых компо- зитах на полимерных связующих. Метод разработан на основе из-. мерения физических характеристик расслоения на феноменологическом уровне, интерпретащ1и данных визуальных методов контроля и моделирования механизмов начала и распространения расслоения в пределах понятий классической механики разрушения. Метод сочетается с процедурой конечно-элементного моделирования для описания процессов расслоения в конкретных слоистых композитах. [c.88]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...