Выполнение правил комбинирования
Министерство науки и высшего образования РФ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Омский государственный технический университет»
| Факультет (институт) | Машиностроительный |
| Кафедра | Машиностроение и Материаловедение секция Материаловедение и технологии конструкционных материалов |
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
| по дисциплине | ПОЛИМЕРНЫЕ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ |
| на тему | ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ |
Вариант №
|
Омск 2018
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ДИСКРЕТНЫМИ ВОЛОКНАМИ
Цель работы: изучить метод выбора материала компонентов, рецептуры, расчетные зависимости композиционного материала на примере композита с хаотично ориентированными дискретными волокнами.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТНОЙ РАБОТЫ
Студент получает и выполняет один из вариантов заданного преподавателем задания. ЗАДАНИЕ: выбрать материалы матрицы и волокон двухкомпонентного композита с хаотичной дискретной армирующей фазой, дать оценку энергоемкости изготовления возможных вариантов проектируемого материала. Для спроектированного материала рассчитать плотность, прочность, удельную прочность и энергоемкость изготовления. Для всех вариантов заданий исходными данными являются: одноосное растяжение стержня длиной L = 0,45 (м), сечением S=10-4 (м2), массой М__ (кг), силой N =____(Н) в нейтральной среде при температуреТ ~ 293 К. Факторы срока службы в расчете не учитывая. Плотность проектируемого композита может быть ниже на 10% требуемой величины. Численные значения задаются преподавателем.
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ
Разработка изделий из композиционных материалов (КМ) связана не только с формообразованием и тепловой обработкой, но и с формированием его структуры и физико-механических характеристик, выполняемым на стадии проектирования КМ. Таким образом, создание деталей из КМ – наглядный пример воплощения триединства материала, конструкции и технологии, поскольку в процессах проектирования и изготовления предусматривается и обеспечение основных свойств материала изделия. Наибольшая эффективность использования КМ достигается при решении задач сокращения металлоемкости, исключения тепловых операций (энергозатрат), повышения характеристик прочности, долговечности и надежности (удельной прочности), снижения веса конструкций и повышения технологической производительности в сочетании с гибкостью и универсальностью метода КМ.
Структурными элементами КМ являются матрица и армирующие элементы, размещенные в непрерывной среде. По внутренней архитектуре (структуре) КМ классифицируют на непрерывно армированные (сетки, ткани, фольги, жгуты и системы нитей) и дискретные (частицы, пленки, короткие волокна и войлоки). Кроме того, ориентацию армирования делят на хаотично ориентированную и специально ориентированную (анизо- и изотропную, ортогонально армированную и т. п.).
Принцип комбинирования компонентов композиционных материалов
Научные основы проектирования КМ составляет принцип комбинирования. В свою очередь он основан на совокупности двух принципов: сочетания свойств и физико-химической, механической совместимости.
Принцип сочетания подразумевает сложение физических свойств компонентов аддитивным образом. Второй принцип дает границы возможности сочетания компонентов и подразумевает сохранение всех отличительных признаков КМ при его изготовлении и эксплуатации.
Основными математическими выражениями принципов комбинирования компонентов в КМ являются:
а) зависимости структурных соотношений компонентов.Например,
аналитические выражения для КМ, имеющих поры, отражающие связь между
кажущимися и истинными долями волокон и матрицы, а также выражения,
интерпретирующие диаграммы состояния компонентов и законы диффузии;
б) зависимости концентрационных соотношений компонентов. Например,
выражение, устанавливающие связь между прочностными и упругими характеристиками однонаправленного КМ через долю волокна в случае поперечного растяжения материала: 
где
гдеК𝜎 - относящийся к напряжению растяжением; Vf- доля волокна; Е mи Е f- модули Юнга матрицы и волокна; 
- прочность неармированного материала матрицы при растяжении;
в) зависимости физико-механических соотношений материалов
компонентов. Например, правило подбора материала волокна по известному
материалу матрицы: sуд.матр.<sуд.волокна, где sуд.матри sуд.волокна - удельные прочности матрицы и волокна;
г) зависимости, отражающие технологические процессы создания
композитов и оказывающие влияние на их проектирование.
Выполнение правил комбинирования
Стадией, предшествующей численному проектированию и подбору компонентов КМ, является обзор научно-технической литературы, который выполняется как анализ известного материала в области КМ. Одновременно происходит перевод данных литературных, справочных источников и технического задания в магматическое описание (математическую модель), отражающую изменение и строение совокупности использованных в описании параметров во времени, поле температуры и среды.
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 299; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!