Роль и место методик прогнозирования свойств КМ

Лекция №5

Композиционные материалы представляют собой объемное сочетание различных материалов с четкой границей раздела фаз. Разнообразие материалов арматуры и матрицы, формы поперечного сечения и размеров армирующих элементов, способов объемного сочетания компонентов обуславливают тот факт, что практически невозможно и даже нецелесообразно создать справочники по свойствам КМ, аналогичные существующим для металлов и пластмасс. Имеющиеся нормативные документы на физико- механические характеристики ряда КМ отличаются тем, что они описывают очень конкретный материал, армированный в одном направлении и полученный определенным технологическим процессом. В таком виде КМ в конструкциях применяются крайне редко.

Задача выбора КМ для деталей включает в себя определение типов армирующих волокон (один или несколько) и связующего, а также схемы армирования (однонаправленный, ортогонально-армированный, перекрест- но-армированный и сложноармированный КМ) (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 – Основные типы структур КМ: а – однонаправленный КМ, армированный одним типом волокон; б – однонаправленный КМ, армированный двумя типами волокон; в – ортогонально-армированный КМ; г – перекрестно-армированный КМ; д – сложноармированный КМ

Таким образом, очевидно, что создание справочника свойств КМ практически невозможно и обоснованна необходимость наличия каких-либо способов прогнозирования возможных характеристик материалов, которые позволяли бы учитывать влияние каждого фактора на конструкционные свойства КМ.

Прогнозирование физико-механических свойств КМ включают в себя:

1. Определение упругих и прочностных свойств однонаправленых КМ по известным характеристикам армирующего материала и матрицы и типу их объемного сочетания.

Однонаправленным КМ называют материал, в котором один или несколько типов волокон размещены упорядоченно параллельно друг другу в материале матрицы (см. рис. 5.1, а, б).

2. Определение физико-механических характеристик слоистых КМ по известным упругим и прочностным свойствам каждого слоя.

Слоистым КМ называют материал, состоящий из произвольного количества слоев, каждый из которых характеризуется своим местом в пакете, углом армирования (направления волокон), толщиной и материалом (см. рис. 5.1, в-д).