На главную

Решебник методичек Тарга С.М. 1988, 1989, 1983 и 1982 годов по теоретической механике для студентов-заочников.

Статья по теме: Упругости композиционного

Предметная область: материаловедение, композиционные материалы, металлы, стали, покрытия, деформации, обработка

Скачать полный текст

В рассматриваемом подходе модуль упругости композиционного материала в соответствии с (5.7) вычисляется дважды: формально — при перестановке индексов j к k. Это следует из того, что в условиях плоской задачи упругие характеристики материала определяются только в одной плоскости. Ортотропный материал в этой плоскости имеет четыре константы, следовательно, в трех взаимно ортогональных плоскостях по условиям плоской задачи получается 12 независимых констант; три из них— модули упругости — дважды. Однако перестановка параметров \ij и ц^ в широкой области их изменения при вычислении модуля упругости ?; по формуле (5.7) не приводит к существенным различиям в его значении.[1, С.125]

В рассматриваемом подходе модуль упругости композиционного материала в соответствии с (5.7) вычисляется дважды: формально — при перестановке индексов j к k. Это следует из того, что в условиях плоской задачи упругие характеристики материала определяются только в одной плоскости. Ортотропный материал в этой плоскости имеет четыре константы, следовательно, в трех взаимно ортогональных плоскостях по условиям плоской задачи получается 12 независимых констант; три из них— модули упругости — дважды. Однако перестановка параметров \ij и ц^ в широкой области их изменения при вычислении модуля упругости ?; по формуле (5.7) не приводит к существенным различиям в его значении.[4, С.125]

Композиционный материал с алюминиевыой матрицей получали из жгутов углеродного волокна Тор-нел-50, пропитанных матрицей методом протяжки через расплав [188]. Жгуты содержали восемь прядей волокна Торнел-50 (~ 1100 моноволокон) и в пропитанном виде имели диаметр 1,5 мм. В качестве материала матрицы использовали три алюминиевых сплава: А-13 (алюминий + 13% кремния), 220 (алюминий + 10% магния) и 6061 (алюминий + 1% магния + 0,6% кремния). Содержание волокна в жгутах изменялось от 3,3 до 45 об. %. Максимальную прочность, равную ~70 кгс/мм2, имели жгуты, пропитанные сплавом А-13, содержащие ~21,2 об. % волокон. Эти жгуты укладывали в пресс-форму и прессовали при давлениях 35—83 кгс/см2 со скоростью деформации ~2,5 мм/мин. Температура прессования лежала в пределах между точками ликвидуса и солидуса соответствующих сплавов, ближе к температуре ликвидуса. Прессование при температурах выше точки ликвидуса приводило к деградации и частичному разрушению волокон из-за их активного вазимодействия с матрицей, а также к образованию большого числа усадочных пор. Резкое падение прочности пропитанных жгутов в результате разупрочнения волокон наблюдалось после выдержки их при температуре 680° С. При прессовании при температурах, лежащих ближе к температуре солидуса, наблюдалось сильное разрушение волокон из-за перемещения матрицы и волокон под давлением. Максимальную прочность при растяжении, равную 68,9 кгс/мм2, имели образцы с матрицей из сплава 220 с 37,6 об. % волокна, отпрессованные при температуре 650° С. Материал с матрицей из сплава А-13 и 37,1 об.% волокна, отпрессованный при температуре 645° С, имел максимальную прочность при изгибе, равную 87 кгс/мм2. Модуль упругости композиционного материала с матрицей из сплава 6061, содержащего 42,5 об. % волокон, отпрессованного при температуре 670° С, достигал 21 100 кгс/мм2.[2, С.113]

Модуль упругости композиционного материала также резко уменьшается при возрастании угла между направлением армирования и направлением нагружения при испытаниях, принимая значение около 38 ГН/м2 при а = 90°. Это значение намного меньше величины, предсказанной с учетом микромеханической модели напряженно-деформированного состояния однонаправленных[10, С.395]

Вычислив модуль упругости композиционного материала по приведенным формулам, можно рассчитать жесткость при растяжении элемента конструкции любого поперечного сечения.[9, С.187]

Используя действительный коэффициент упругости композиционного материала Е, запишем энергию в виде (\/2E)a2V. Тогда справедливо неравенство[3, С.37]

Данные табл. 1 свидетельствуют о повышении удельного модуля упругости композиционного материала вследствие упрочнения волокнами. Удельный модуль упругости борного волокна примерно в 6 раз выше, чем у любых стандартных конструкционных металлов, включая стали, алюминий, молибден, медь, магний, что является следствием более жесткой ковалентной связи по сравнению с металлической. Жесткость металлической связи, в свою очередь, более высокая, чем жесткость в органических смолах. В то время как материалы с металлической связью имеют удельный модуль упругости ~2500 км, наиболее типичный уровень этой характеристики для материалов на основе органической смолы составляет около 250 км. Из-за низкой жесткости смол композиционные материалы на их основе имеют низкий модуль упругости в направлении, перпендикулярном направлению укладки волокна, и малый модуль сдвига. Преимущество однонаправленного боралкшиниевого композиционного материала в отношении жесткости распространяется я на материал с волокнами, уложенными в различных направлениях, поскольку волокна, не ориентированные в направлении действия главных напряжений, вносят значительный вклад в величину модуля упругости материала в этом направлении.[10, С.422]

Расчет объемных долей компонентов. Знание объемной доли и модуля упругости каждого компонента материала необходимо для расчета модуля упругости композиционного материала по приведенным выше формулам. Объемные доли (или эквивалентные доли площади в поперечном сечении) практически невозможно определить непосредственно вследствие того, что волокна имеют малый диаметр, а такие компоненты, как связующее для скрепления матов, трудно отличить от основного связующего. Поэтому на практике объемные доли обычно рассчитывают, исходя из от-[9, С.186]

Представляет интерес композиционный материал магний— углеродное волокно. Практически не изменяя плотности, углеродное волокно позволяет в 2—3 раза повысить предел прочности и модуль упругости композиционного материала. Так, например, композиционный материал на основе магния, армированный 42 об. % углеродного волокна Торнел-75, имеет плотность 1,77 г/см3, предел прочности 45,8 кгс/мм2 и модуль упругости 18800 кгс/мм2.[2, С.215]

При повышенных требованиях к массе конструкции, например в авиации, целесообразно применять более дорогие углеродные волокна. Наиболее жесткие углеродные волокна (модмор I или графил НМ) дают возможность получить модуль упругости композиционного материала, близкий к модулю упругости стали при плотности почти в 5 раз более низкой. Удельная жесткость при растяжении и при изгибе таких композиционных материалов несравнимо выше, чем у стали.[9, С.191]

Однако необходимо рассмотреть другие дополнительные факторы, например пористость, которую можно условно принять за нулевую фазу, имеющую модуль упругости и предел прочности, равные нулю. Пористость наиболее сильно снижает модуль упругости композиционного материала.[10, С.22]

... отрезано, скачайте архив с полным текстом ! Полный текст статьи здесь



В ПОМОЩЬ ВСЕМ СТУДЕНТАМ!!!
Задачи по теоретической механике из сборников Яблонского, Мещерского, Тарга С.М., Кепе. Решение любых задач по материаловедению, термодинамике, метрологии, термеху, химии, высшей математике, строймеху, сопромату, электротехнике, ТОЭ, физике и другим предметам на заказ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тарнопольский Ю.М. Пространственно-армированные композиционные материалы, 1987, 224 с.
2. Портной К.И. Структура и свойства композиционных материалов, 1979, 256 с.
3. Фудзии Т.N. Механика разрушения композиционных материалов, 1982, 232 с.
4. Тарнопольский Ю.М. Пространственно-армированные композиционные материалы. Справочник, 1987, 224 с.
5. Симамура С.N. Углеродные волокна, 1987, 304 с.
6. Симамура С.N. Углеродные волокна, 1987, 304 с.
7. Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов, 2001, 640 с.
8. Стерин И.С. Машиностроительные материалы Основы металловедения и термической обработки, 2003, 344 с.
9. Бабаевского П.Г. Промышленные полимерные композиционные материалы, 1980, 472 с.
10. Браутман Л.N. Композиционные материалы с металлической матрицей Т4, 1978, 504 с.
11. Победря Б.Е. Механика композиционных материалов, 1984, 336 с.

На главную