Композиционные пластики конструирование

КОНСТРУИРОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПЛАСТИКОВ [c.11]

Если рассматривать композиционные пластики как самостоятельные конструкции, нуждающиеся в расчете и проектировании, то процесс их создания можно называть конструированием [3 4 5, с. 157 6, с. 116]. При конструировании и получении изотропных композиционных пластиков используются высокодисперсные наполнители (порошок, чешуйки, короткие волокна), которые хаотически располагаются в материале. Механические свойства таких материалов одинаковы во всех направлениях. Ориентирование наполнителя (обычно волокон) обусловливает анизотропию свойств. Таким образом, ориентированные композиционные пластики можно создавать с регулируемой анизотропией упругих и прочностных характеристик. [c.11]

Наиболее детально изучено механическое поведение ориентированных композиционных пластиков, нагружаемых вдоль осей армирования. Более точные результаты получаются при использовании формул, которые описывают растяжение. Методы расчета, разработанные для других видов нагружения, например сжатия или сдвига вдоль волокон, дают менее точные результаты. Самой большой вариабельностью характеризуются расчеты механических характеристик композиционных пластиков, нагружаемых под различными углами к направлению волокон [16]. Однако эффективность конструирования композиционных пластиков с заданными свойствами, проявляющимися в конкретном изделии, обусловлена не только совершенством расчетного аппарата. Важно усвоить нетрадиционный образ мышления о материалах [17], меняющий привычные представления о конструировании нагруженных изделий. В этом убеждают J д Схематичное [c.13]

Однако несовершенство расчетного аппарата обусловливает необходимость проведения дополнительных исследований для того, чтобы повысить эффективность расчетно-аналитического этапа при конструировании композиционных пластиков и свести к минимуму трудоемкие эксперименты, связанные с эмпирическим подбором состава и условий их изготовления. Этот этап конструирования композиционных пластиков назван экспериментально-технологическим. Все, что не поддается точному учету на расчетно-аналитическом этапе конструирования, должно быть учтено на этом (завершающем) этапе. Схема, приведенная на рис. 1.4, дает представление о путях достижения требуемых механических характеристик композиционных пластиков на обоих этапах конструирования [22, с. 7 23, с. 65 24, с. 76 25 26 27 28, с. 1 29 30]. [c.15]

Эффективность каждого направления конструирования (см. рис. 1.4) нередко уже поддается определению расчетным путем с приемлемой для инженерной практики точностью. Однако связать единой функциональной зависимостью заданные механические свойства композиционных пластиков с параметрами всех направлений конструирования, представленных на схеме, пока не удается. Приводи.мые ниже формулы явились результатом рассмотрения композиционных пластиков в качестве конструкций на б- и 5-уровнях. Эти формулы дают представление о состоянии инженерного расчетного аппарата для статически нагружаемых композиционных материалов. [c.16]

Конструирование пластиков для динамически нагружаемых изделий изучено еще недостаточно и поэтому здесь не рассматривается. По той же причине не затрагиваются вопросы прочности и деформативности композиционных пластиков в условиях сложного напряженного состояния. Расчетно-аналитический этап конструирования рассмотрен главным образом на примере пластиков, предназначенных для эксплуатации в условиях растяжения и в некоторых случаях — сжатия, изгиба и сдвига, т. е. для наиболее простых видов нагружения в несущих конструкциях ответственных силовых изделий. [c.16]

Таким образом, при конструировании композиционных пластиков, предназначенных для работы под действием растягивающих нагрузок, достигнуть заданных значений прочности и жесткости легче, если использовать наполнители с частицами вытянутой (вдоль оси растяжения) формы с конфигурацией поперечного сечения, позволяющей достигать наиболее плотной их укладки. При сжатии и [c.20]

Введение коэффициента р обусловлено зависимостью сдвиговых напряжений и размеров зоны их концентрации на границе раздела фаз от жесткости полимерной матрицы [51, с. 45 52, с. 1 53,. с. 166]. Из формулы (И) следует, что при конструировании большинства реальных пластиков, у которых 0,5<р<1, изменение /кр — один из путей создания композиций с заданной прочностью при растяжении. Примером практического применения этого способа может служить конструирование композиционных пластиков,, армируемых монокристаллическими волокнами (обычно с длиной от 0,25 до 1,25 мм), у которых отношение //с колеблется в диапазоне 800—2000 (например, у сапфировых усов ) [50, с. 268]. [c.23]

Зависимость механических свойств анизотропных композиционных материалов, армированных непрерывными волокнами, от. соотношения механических характеристик компонентов наиболее изучена. При конструировании пластиков с заданной прочностью, работающих в условиях растяжения вдоль волокон, выбор компонентов может быть осуществлен на основании приближенного расчета по ранее приведенной формуле (5). Если состав композиционного пластика таков, что непрерывные волокна деформируются упруго, а связующее — пластически, то должен быть использован иной вариант формулы [c.26]

При конструировании композиционных пластиков, работающих на сжатие, учитываются [14, с. 54 42, с. 41 57, с. 302] два возможных механизма разрушения, которые схематично изображены на рис. 1.15. При разностороннем выпучивании проявляется тенденция к растяжению слоя связующего между волокнами (o). Следовательно, прочность материала при испытании на сжатие зависит (наряду с прочими факторами) от модуля упругости связующего Ес). Эта зависимость [14] описывается следующим выражением [c.29]

Композиционные пластики принципиально отличаются от механических смесей тех же компонентов взаимным влиянием фаз в пограничных слоях. При развитой поверхности раздела фаз (особенно при наполнении тонкими и профильными волокнами) объем межфазной зоны становится соизмеримым с объемом всего связующего. Следовательно, при конструировании композиции взаимное влияние компонентов на границе раздела необходимо учитывать. Далеко не во всех случаях это удается сделать расчетным путем. Взаимное влияние компонентов в межфазной зоне определяется составом композиции и условиями формования изделий. Однако пока лишь в редких случаях удается установить функциональную зависимость между механическими характеристиками композиции и теми изменениями, которые происходят на границе раздела в период формования изделий. [c.35]

Значительную проблему при конструировании композиционных пластиков с заданными свойствами представляет регулирование остаточных напряжений, которые существенно искажают расчетные данные, получаемые по рассмотренным выше формулам. В ряде случаев предлагается создавать между наполнителем и связующим эластичную (низкомодульную) промежуточную пленку [39, с. 414], которая позволяет скомпенсировать резкий перепад в жесткости и тепловом расширении компонентов. [c.36]

В настоящее время накоплен значительный опыт конструирования композиционных пластиков с оптимальными схемами армирования [90 91 92, с. 1]. Разработаны типовые решения для небольших (прессованных) деталей [87, с. 125 88] и для крупногабаритных изделий оболочек и труб [28, с. 182 99, с. 201 100, с. 220], лопастей [89], крыльев самолетов [19, с. 141], корпусов судов [55, с. 1] и т. д. Во всех случаях выбор схемы армирования конструируемых изделий связан с определением направления и [c.37]

Накопленный опыт по производству стеклонаполнителей, стеклопластиков и изделий из них способствовал не только расширению областей их применения, но и ускорил освоение производства пластиков с углеродными и борными волокнами, волокнами органического происхождения. Изготовление пластиков высокого качества с заданным комплексом свойств требует не только тщательного подбора связующего, но и специализированного производства наполнителей и вдумчивого конструирования композиционного пластика применительно к каждому конкретному изделию. [c.120]

Конструирование клеевых соединений [272, 392] включает в себя определение формы и расчет размеров соединения, а также выбор клея и способа его нанесения. При этом конструктору необходимо учитывать тип конструкции, величину, направление и длительность действия нагрузки, условия эксплуатации изделий, а также его стоимость. При конструировании клеевого соединения композиционных пластиков необходимо учитывать, что напряжения сдвига между слоями материала могут оказаться столь же опасными, как и сдвигающие напряжения в клеевой прослойке. [c.238]

Изоляция одного металла от другого часто применяется при конструировании трубопроводов. При этом устанавливают диэлектрические, не поглощающие влагу прокладки соответствующей толщины (достаточной для обеспечения эффективной изоляции) между разнородными секциями трубопровода из следующих материалов резины или синтетического каучука, пластиков, композиционных материалов, асбеста (рис. 10 ). [c.33]

В инженерной практике наблюдается тенденция постепенной замены металлов и других традиционных конструкционных материалов полимерными материалами. Низкая стоимость, малая плотность, более высокие эксплуатационные показатели и широкие возможности для конструирования выгодно отличают полимерные композиционные материалы от традиционных конструкционных материалов. Однако правильный выбор полимерного материала для каждого конкретного случая часто является чрезвычайно трудной задачей для конструктора, обусловленной отличием показателей свойств этих материалов на несколько десятичных порядков от показателей свойств традиционных материалов. Так, термическое расширение полимерных материалов при изменении температуры значительно превышает расширение большинства материалов, что наглядно показано на рис. 6.1. Инженеры-строители должны иметь дело при этом с материалами, которые расширяются при нагревании в десять раз больше бетона химики-техноло-ги — с материалами для трубопроводов, такими как АБС-пластики (сополимеры бутадиена, акрилонитрила и стирола), расширение которых достигает 80 мм на 30 м при переходе от зимы к лету. [c.242]

На практике обычно схемы нагружения деталей являются достаточно сложными, а методы расчета изделий из композиционных материалов разработаны пока только для простых видов нагружения и напряженно-деформированных состояний. Поэтому при выборе расчетных вариантов весьма важно при достаточно обоснованных допущениях найти упрощенное, но близкое к реальному сочетание формы детали и схемы ее нагружения, учитывающей место приложения, направление и характер действия нагрузок. Например, дисперсно-упрочненные металлополимеры (наполненные тонкими частицами и короткими. волокнами) с определенными допущениями часто считают квазиизотропными, материалы, имеющие однонаправленную ориентацию армирующих элементов (длинномерные фольгированные диэлектрики и другие слоистые металлополимеры), относят к классу трансверсально-изотропных. Если в материале (конструкции) можно выделить взаимно перпендикулярные оси упругой симметрии, его называют ортотроп-ным. Механическое поведение этих материалов хорошо изучено в теории упругости анизотропных материалов [3, 7, 10, 12, 13]. Такая идеализация строения композиционных пластиков и конструкций позволила с достаточной для инженерной практики точностью решить задачи, связанные с конструированием различных оболочек, дисков, балок, пластин, стержней, труб и т. д. Разрабатываются общие методы решения задач механики для более сложных видав армирования [8, 12]. [c.114]

ИЛИ волокнами с продольно-поперечной укладкой (рис. 1.2). В этих пластиках образуется три взаимно ортогональные плоскости симметрии механических свойств (на рис. 1.2 это плоскости ху, хг и гу). Согласно теории упругости [10—13], свойства орто-тропных композиционных пластиков характеризуют девятью независимыми упругими постоянными, т. е. тремя Е, О, V) в каждом направлении анизотропии. Поскольку модель ортотропного пластика состоит из послойно чередующихся перпендикулярных друг другу однонаправленных пластиков, при конструировании орто-тропных пластиков пользуются обычно расчетными формулами для однонаправленных пластиков [9 14, с. 54]. [c.12]

В процессе конструирования композиционных пластиков имеется два этапа, которые можно назвать соответственно расчетноаналитическим и экспериментально-технологическим. Первый этап назван расчетно-аналитическим, так как он включает анализ заданных условий нагружения и определение способа конструирования пластика с необходимыми свойствами. На этом этапе используют представления и расчетные формулы, взятые из механики композиционных материалов. Эта область механики [23, с. 65] имеет два направления. Одно из них (чисто феноменологическое) базируется на использовании известных уравнений теории упругости, ползучести и др. для анизотропных материалов. Другое направление — это установление зависимостей механических характеристик композиционных материалов от размеров частиц наполнителя, механических свойств компонентов, их объемного содержания и других параметров состава и структуры материалов, испытывающих действие внешних сил. Обычно эти зависимости анализируют [23] на микроскопическом, макроскопическом и промежуточном уровнях (рис. 1.3). [c.13]

Ниже будет рассмотрен лишь первый (расчетно-аналитический) этап конструирования, который является общим для конйтруиро-вания всех видов композиционных пластиков. Конечные же результаты, достигнутые в каждом конкретном случае (стекло-, боро-, карбо- и другие пластики) после завершения экспериментальнотехнологического этапа, изложены в других главах. [c.16]

При конструировании однонаправленных композиционных пластиков, растягиваемых вдоль волокон, необходимым условием максимального использования механических свойств наполнителя является условие 1 1кр, т. е. фактическая длина волокон в композиции должна быть не меньше критической длины /кр. Под критической длиной армирующих волокон в однонаправленном пластике понимают их минимальную длину, при которой касательные напряжения на границе раздела с матрицей, передающей нагрузку на волокна, достаточны для реализации прочности волокон. Вывод формул для расчета критической длины волокон базируется на одной из пяти теорий распределения продольных напряжений на границе раздела волокно — связующее [2, с. 75]. В четырех из них предполагается, что компоненты пластика деформируются упруго, а в пятой — что связующее проявляет пластические свойства. [c.22]

Из формулы (11) следует также, что влияние /кр на механические свойства композиционных пластиков ослабевает при увеличении длины армирующих волокон с больщим среднестатическим расстоянием между локальными дефектами вдоль волокон. Это обстоятельство является одной из важнейщих причин того, что при конструировании композиционных пластиков силового назначения предпочтение отдают непрерывным волокнам, соверщенст-вуя технологию изготовления пластика и переработки его в изделия. [c.24]

При конструировании армированных пластиков необходима учитывать сопротивление компонентов (особенно полимерных связующих) сдвигу. Эта величина является критерием оценки склонности композиционного пластика к расслаиванию. При армиро- [c.30]

Композиционные полимерные материалы можно рассматривать как самостоятельные конструкции, поэтому процесс их создания можно назвать конструированием [6]. Процесс конструирования композиционных материалов можно раз,делить на два этапа — )асчетно-аналитический и экопериментально-технологический. Тервый этап включает анализ заданных условий нагружения н определения способа конструирования пластика с необходимыми свойствами. На этом этапе используются представления и расчетные формулы, взятые из механики композиционных материалов. Это позволяет прогнозировать зависимость характеристик композиционных материалов от размеров частиц наполнителя, механических свойств компонентов, их объемного содержания и т. д. Однако несовершенство расчетного аппарата обусловливает необ-ходи.мость дополнительных исследований для того, чтобы повысить эффективность расчетно-аналитического этапа при конструировании композиционных материалов и свести к минимуму работы экспери-ментально-технологического этапа, связанного с эмпирическим подбором состава и условий их из1готовления [6]. [c.74]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология