Методы оптимизации композиционных систем, страница 21

мощи численных приближенных методов. Простейшие форму для оценки концентрации напряжений имеют вид

с;

Если в хрупкой матрице максимальные ют предельного значения

max        in

то композит начинает разрушаться. Предельные значения средних разрушающих напряжений в композите равны

(8.19)

1-К<

Приведенные зависимости описывают модели композиционных материалов, созданные с целым рядом допущений и погрешностей. Для обработки более сложных и точных моделей необходимо применение компьютерной техники.

9. Геометрическое моделирование технологических процессов изготовления композиционных материалов

В последние десятилетия двадцатого века быстро развивались космические исследования, атомная энергетика, новые поколения авиационной техники, а также отрасли химической промышленности. Это связано с разработкой многих требований к конструкционным материалам, обеспечивающим оптимальные эксплуатационные характеристики, и к созданию принципиально усовершенствованных технологий.

Наиболее перспекгивными из современных материалов являются композиционные (КМ) на основе углеродных, борных, стеклянных, органических и некоторых других видов волокон и нитей. Удельная прочность КМ в 4-5 раз превышает удельную прочность стали, алюминиевых и титановых сплавов.

Основными методами получения конструкций из полимерных волокнистых композиционных материалов являются

- пропитка волокнистых матов отверждающими связующими с последующим прессованием;

- укладка слоев тканей или использование тканей объемного прядения с последующей пропиткой связующим и его отверждением;

-  намотка оболочек из волокон, нитей или жгутов, пропитанных связующим, с последующим его отверждением;

-  прессование или литье иод давлением полимерных композиций с короткими волокнами.

В дальнейшем рассмотрим третий метод получения изделий из КМ (намотку непрерывными волокнами в направлении действия силы), который позволяет полностью реализовать повышенные механические показатели таких материалов, как стекло, бор, углерод, которые в форме волокон относятся к наиболее прочным из известных материалов.

9.1. Особенности технологии получения КМ методом намотки

Волокнистые композиции с однонаправленными волокнами, нитями практически получают только методом намотки. Хотя при направлении действия силы вдоль оси ориентации волокнистого наполнителя достигается максимальная прочность КМ на основе непрерывных, однонаправленных волокон, в других направлениях показатели прочности Moiyr быть очень низкими. На практике трудно спроектировать и особенно изготовить конструкцию так, чтобы основные напряжения действовали в одном направлении. Поэтому для обеспечения хорошей жесткости волокнистых композиций по крайней мере в двух или трех направлениях слои волокон должны укладываться под разными углами с образованием слоистых структур.