Композиционные материалы и их использование в качестве конструкционных элементов, страница 11

При этом композит с трехмерным армированием поглощал почти столько же энергии удара, как и неармированный металл. Армирование «в толщину», обеспечиваемое трехмерной волоконной сеткой, предотвращает расслоение и заставляет возникающую трещину выбирать извилистый путь распространения и таким образом увеличивать рассеяние энергии удара.

СУЩЕСТВЛЕНИЕ контроля не только за составом, но и за структурой материала дает конструктору композитов не имеющую себе равной возможность контролировать его свойства. Разумное осуществление этого контроля, однако, требует развития его теории, которая позволила бы предсказать, как будет влиять то или иное изменение на эксплуатационные свойства композита. Поведение слоистого композита можно предсказать на основе знания свойств одного слоя. Когда стало расти число возможных комбинаций матрицы и армирующих волокон, а простое слоистое армирование начало уступать место армированию сложными переплетениями, исследователи стали искать пути, позволяющие избежать чисто эмпирического подхода. Задача состоит в том, чтобы по характеристикам волокна, матрицы и по их компоновке заранее предсказать поведение композита.

Многие из свойств, от которых зависит область применения композита, определяются усредненными свойствами волокон и матрицы. К ним относятся жесткость, теплопроводность, коэффициент теплового расширения, коэффициент Пуассона (степень сжатия материала в поперечном направлении при продольном растяжении). Эти термоупругие свойства управляют деформацией материала. Они определяют, например, насколько изогнется лонжерон крыла самолета при нормальной нагрузке и насколько сильно изменится его форма при нагревании и охлаждении.

Как на эти «усредненные» свойства влияет структура композита? Примером может служить влияние ориентации волокон на общую жесткость слоя материала с однонаправленным армированием. Вдоль оси волокон их средняя жесткость и средняя жесткость матрицы параллельны. В случае совместного параллельного действия пружин, жестких и более мягких, общий отклик системы на нагрузку в основном определяется элементами с большей жесткостью. Если волокна являются более жестким элементом, как чаще всего и бывает, то продольная жесткость композита будет по крайней мере равна жесткости волокон, умноженной на их долю в сечении композита.

Трансверсальная жесткость композита (в направлении, перпендикулярном направлению волокон) может быть смоделирована системой более и менее жестких пружин, соединенных группами или концом к концу. При таком соединении поведение системы определяется менее жесткими пружинами. Даже если жесткость 60лее жестких пружин очень велика (эти пружины представляют волокна), то общая жесткость системы будет определяться вкладом мягких пружин (матрицы).