ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Прогнозирование свойств из "Прессованные стеклопластики" Модели стеклопластиков. Существенная зависимость свойств стеклопластиков от структуры, а также возможность управления свойствами изделий путем создания материала с заданной структурой обусловили большой интерес исследователей к проблеме прогнозирования свойств и оптимизации структуры. Можно указать большое число работ, в которых обстоятельно изложены результаты, полученные в данной области. Цель последующего изложения — кратко охарактеризовать модели и методы, применяемые для решения этих важных задач, и привести результаты, полезные для практического использования. [c.209] Модель стеклопластиков в виде анизотропной однородной слоистой среды исследована в работах [66, с. 7 171, с. 68]. Эта модель характеризуется введением дополнительных жесткостных параметров, учитывающих низкое сопротивление материала межслойному сдвигу и деформированию в направлении, перпендикулярном волокнам. Свойства волокон и связующего, их содержание и расположение не входят непосредственно в расчетные соотношения. Все необходимые постоянные определяются эксперименталглно на образцах технических материалов. [c.210] К модели этого 1 иаа приводит применение принципа размазывания В. В. Болотина [13, с. 72], основанного на ряде предположений относительно структуры и механических свойств материала и его компонентов. Соответствующие постоянные упругости стеклопластика приписываются арматуре или связующему, причем учитывается объемное содержание арматуры. Принцип размазывания применяется для материалов, армированных как волокнами, так и пластинами. [c.210] Детально исследована модель однонаправленного стеклопластика в виде системы параллельных стержней одинакового сечения, расположенных правильным образом в сечении и соединенных связующим [20, с. 30]. На основе этой модели получены важные данные о распределении напряжений в арматуре и связующем, а также рассчитаны свойства материала в зависимости от расположения и формы волокон. [c.210] Хаотически армированные материалы моделируются упругими средами, содержащими включения в виде шаров одинакового радиуса или эллипсоидов [184, 201]. [c.210] Все большее развитие получают в последнее время методы статистической механики структурно-иеоднород-ных материалов, базирующиеся на моделях в виде мик-ро- или макронеоднородных сред и статистическом описании их свойств в терминах теории случайных функций (полей). Применительно к стеклопластикам модели этого типа исследованы в работах [24, 151, 155, 156, 189]. [c.211] Решено значительное число задач по прогнозированию свойств хаотически армированных, однонаправленных, ортогонально армированных и слоистых материалов. Подробное изложение методов статистической механики выходит за рамки настоящей книги, поэтому в дальнейшем ограничимся лишь сводкой основных формул для расчета показателей физико-механических свойств стеклопластиков различной структуры по заданным свойствам компонентов и их относительному содержанию. [c.211] Здесь не рассматривается большой комплекс вопросов, касающихся зависимости механических свойств стеклопластиков от химической природы связующего, от явлений на границе стеклянное волокно — смола, от неоднородности свойств стеклянных волокон и др. Эти вопросы изучены в работах [2, с. 153 108, с. 170 123, с. 287 180]. [c.211] По формулам, аналогичным уравнению (5.4), определяются средние модули сдвига О и объемной деформации К. [c.212] Вычисленные пять величин полностью характеризуют упругие свойства однонаправленного стеклопластика как трансверсально-изотропного упругого тела (плоскость 1X2 — плоскость изотропии, она перпендикулярна направлению армирования Хз). Вместо этих величин в инженерных расчетах чаще используются технические постоянные 1 — модуль Юнга в плоскости изотропии Ез — модуль Юнга в направлении армирования 612 — модуль сдвига в плоскости изотропии 613 — водуль сдвига в плоскости, параллельной волокнам Ц12 — коэффициент Пуассона в плоскости изотропии Х13 — коэффициент Пуассона, характеризующий сжатие в плоскости изотропии при растяжении в направлении армирования. [c.213] Вычисления показывают, что модуль Юнга вдоль волокон Ез равен среднему, найденному по формуле (5.4). [c.214] Этот результат согласуется с экспериментальными данными и результатами вычислений другими методами [140, с. 50]. [c.214] Зависимость технических постоянных упругости стеклопластиков от содержания стеклянного волокна приведена на рис. 5.11. Эти данные можно использовать для прогнозирования свойств не только однонаправленного стеклопластика, но и материалов, состоящих из однонаправленных слоев, нитей, лент и т. п. В этом случае надо располагать еще зависимостями свойств материала от ориентации слоев или других макроэлементов структуры (см. раздел 5.2). При этом следует иметь в виду, что формулы (5.5) получены без учета искривления и обрывов волокон и пористости материала. Если искривления и обрывы волокон отражаются в первую очередь на модуле Юнга вдоль волокон Ез, то пористость в значительной мере определяет свойства в направлениях, перпендикулярных направлению армирования. [c.215] Положение искривленной нити задается также ее отклонением Т1 от некоторой средней линии, параллельной направлению армирования Хз. [c.215] Здесь Ог, Р, уг — коэффициенты ( =1, 2,. .., п) в общем случае это случайные величины. Если распределение их известно, то, учитывая, что угол между направлением армирования и нитью ф = aг tg й ц/(1хз), нетрудно найти моменты распределения функций угла ф, т. е. вычислить средние значения постоянных упругости стеклопластика. [c.215] Модули упругости стеклопластика в частном случае, когда отклонения волокон заданы детерминированной функцией (волокна имеют синусоидальные отклонения), приводятся в работе [171, с. 39]. В этой же книге даны приближенные значения модулей упругости при малых искривлениях волокон. [c.216] Как показано в разделе 5.2, при малых отклонениях волокон (нитей) от направления армирования в качестве параметра, характеризующего отклонение, можно принять среднее квадратическое значение угла ф. Зависимость постоянных упругости однонаправленного стеклопластика от отклонения, полученная на основе статистической модели [157], показана на рис. 5.12. [c.216] Влияние пористости на постоянные упругости отражено на рис. 5.13. [c.217] Вернуться к основной статье