ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ, АРМИРОВАННЫХ СТЕКЛОВОЛОКНОМ

ВВЕДЕНИЕ 2
1 Теория упругой деформации анизотропных сред 6
1.1 Линейная теория упругости анизотропных сред 6
1.2 Матрица упругих постоянных для стеклопластиков с тетрагональной
симметрией свойств 10
1.3 Свойства стеклопластика 11
2. Постановка задачи ударного нагружения преграды из
стеклопластика 13
2.1. Математическая модель, применяемая для моделирования динамических
нагружений анизотропных материалов 13
2.2. Трехмерная постановка контактной задачи 14
3. Теория разрушения упруго-хрупко разрушающихся анизотропных
материалов 17
3.1 Критерий разрушения 17
3.2 Определение разрушения 20
4. Результаты расчетов 23
4.1 Разрушение полимерных композитов, армированных стекловолокном, при высоких скоростях ударного нагружения 23
4.2 Упругое деформирование полимерных композитов, армированных
стекловолокном, при низких скоростях ударного нагружения 26
4.3 Откольное разрушение полимерных композитов, армированных
стекловолокном, при ударном нагружении 29
Список литературы 33

Купить

Сегодня во всем мире одним из основных направлений в промышленном прогрессе является замена металла в изделиях на другие композиционные материалы. Полимерные композиционные материалы сейчас очень востребованы в промышленности. Развитие современных технологий требует создания различных новых изделий из полимерных материалов, обладающих, кроме высоких технологических и эксплуатационных характеристик, способностью сохранять свои свойства при воздействии различных деструктивных факторов. Наблюдается увеличение ассортимента полимерных материалов, увеличиваются требования к их качеству, предъявляемые к физико-механическим показателям, а также к способам переработки с использованием современных энергосберегающих и экологически чистых методов.
Существует две основных компоненты полимерных композиционных материалов: матрица и армирующий наполнитель. Основные свойства композита, такие как прочность, модуль упругости при растяжении во многом определяются свойствами армирующего наполнителя. В виде армирующих наполнителей применяются стеклянные, углеродные, металлические и другие волокна. Стеклянные и углеродные волокна имеют свои плюсы: у углеродных высокий уровень прочности, модуль упругости и электропроводности, а среди достоинств стеклянных волокон можно выделить низкую стоимость, высокую теплостойкость, и низкую теплопроводность.
В полимерном композиционном материале каждая из компонент выполняет свою функцию, она должна придавать оптимальные свойства всей композиции в каждом конкретном случае. Композиционные материалы представляют собой гетерогенные системы, обладающие ярко выраженной анизотропией свойств, как в отношении деформации, так и в отношении прочности.
Армирующие компоненты и композиционные материалы с точки зрения механических свойств разделяют на две группы: анизотропные и изотропные композиты:
• изотропные - имеют одинаковые свойства во всех направлениях;
• анизотропные, свойства которых зависят от направления.
Изотропными и характеризующимися низкой степенью анизотропии материалами являются: поликристаллы, камни, бетон, некоторые пластмассы.
Анизотропные материалы отличаются неодинаковыми свойствами по различным направлениям. К анизотропным материалам относятся: кристаллы и монокристаллы, заготовки сплавов и сталей, фанера, древесина, волокнистые материалы, армированные пластики, графит и другие .
Применение анизотропных материалов позволяет сократить расход материалов и улучшить качество изделий; например, в машиностроении возможно изготавливать детали и конструкции с повышенной прочностью. Трансформаторы с сердечниками из неоднородной по свойствам текстурованной стали, в которой магнитный поток совпадает с направлением наиболее лёгкого намагничивания, весят на 20-40% меньше, чем трансформаторы с сердечниками из обычной горячекатаной стали. Отливка лопаток газотурбинных двигателей с направленной структурой повышает их длительную прочность при высоких температурах на 50%, ударную вязкость в 2—3 раза, увеличивает срок службы в 3—5 раз в сравнении с лопатками, отлитыми обычными методами.
Полимерные композиты армированные стекловолокном широко используется в авиастроении. Высокая механическая прочность, хорошие электро-и теплоизоляционные свойства, разнообразие и простота технологических методов изготовлений изделий, доступность и относительная низкая стоимость стеклянных наполнителей - все это позволило внедрить использования стеклопластиков.
Интерес к использованию стекол и стеклокерамики в качестве матриц композитов обусловлен их малой массой, высокими температурами эксплуатации, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой химической и коррозионной стойкостью при воздействии агрессивных сред, а также низкой стоимостью сырья и простотой методов изготовления. Разнообразие химических составов стеклокерамики открывает возможность варьирования в широких пределах физико-химических и термических свойств получаемых композитов - плотности, термического расширения, механической прочности, упругих характеристик.
Следует отметить, что стекло/стеклокристаллические матрицы уступают керамическим, которые в своем большинстве имеют более высокое механические свойства и температуры эксплуатации. Однако с точки зрения технологии композитов стекло обладает большим преимуществом, его низкая вязкость в области температур 800-1400о С позволяет получать материал при значительно меньших температурах обжига, более сложной формы, а также предотвращать деградацию наполнителя в процессе синтеза. Поэтому в состовной броне используют различные композиты из стеклопластиков как подложку за керамическими пластинами .
С учетом преимущественно высокотемпературного применения композитов в качестве стекловидных и стеклокристаллических матриц используют тугоплавкие стекла и ситаллы силикатных и алюмосиликатных систем (В2О3- ЖО- 81О2, П2О- АШ- Б1О (LAS), СаО- АСОз- Б1О (CAS), ВаО- А2О3- 81О (BAS), 8гО- АШ- SiCfe (SAS), MgO- А2О3- 81О (MAS)) и их комбинации, например, MLAS и BMAS или стронций-цельзиановые (BaO-SrO- Al2О3- 8Ю2). Кроме вышеперечисленных (наиболее распространённых) матриц применяют стекла других систем, например свинцовосиликатных и оксинитридных. В последнее время в качестве одного из наиболее перспективных направлений рассматривается также создание биокомпозитов на основе фосфатных стекол.
Цель этой работы - исследовать особенности процессов деформации и разрушения в полимерных композитах, армированных стекловолокном S2, при их динамическом нагружении.

Купить