Композиционные материалы и их использование в качестве конструкционных элементов, страница 13

НАУКИ-1986/№

ли же это не так, то трещина в матрице может привести к разрыву следующего волокна, т. е. прочность связи матрицы с волокном — тоже фактор, влияющий на предел прочности композита. В хрупкой матрице, например керамической, очень слабая связь придает материалу элементы вязкости и таким образом повышает его реальную прочность, хотя обычно именно прочная связь волокна с матрицей способствует эффект ивности армирования.

Успехи, достигнутые в создании теоретических основ управления многими параметрами при создании композитов, вдохновили исследователей на попытки решения новых сложных задач. Композит, армированный прямыми жесткими волокнами, обычно имеет почти постоянное значение жесткости: при растяжении деформация (степень удлинения) линейно возрастает с увеличением приложенной к композиту нагрузки. В настоящее время вызывают интерес новые специально созданные композиты с нелинейной зависимостью деформации от удлинения.

Один из таких материалов состоит из волнистых волокон в эластомерной (каучукоподобной) матрице. Этот композит, легко деформируясь при низких напряжениях, становится жестким, когда армирующие волокна полностью выпрямляются. Гибридный композит, упрочненный волокнами двух видов, одни из которых хрупкие и нерастяжимые, а другие — пластичные и прочные, может вести себя двояко. Жесткие волокна работают при незначительных деформациях, приводя к быстрому росту напряжения. Однако когда деформация становится достаточно сильной, и жесткие, хрупкие волокна разрываются, кривы, не позволяли эффективно контролировать их свойства. Когда композиты стали вытеснять традиционные материалы из таких областей, как самолетостроение, промышленный дизайн и выбор материала соединились и стали просто различными аспектами одного процесса.

Контроль микроструктуры комповита позволяет наилучшим образом учесть распределение нагрузок, которым будет подвергаться изделие. В то же время в конструкции ИЗДСЛИЯ отразятся и отличительные свойства композиционного материала: зависимость свойств от ориентации и сложность формы, которую им можно придать в процессах формования — при ЛИЛ ье под давлением, намотке и формовании при трехмерном армировании. Трудности, возникающие при одновременном конструировании изделия и его материала, предполагают, что промышленный дизайн будет все больше зависеть от совместных разработок специалистов ваЗНЫ.Х областей, а также от оснащения этих работ средс гвами вычислительной техники. Только 1 акой полхол обеспечит полное использование потенциальпых возможнос гей КОМПОЗИТОВ в технологиях будущего.

вая зависимости напряжения от деформации становится более пологой. В работу вступают пластичные волокна, и в результате композит становится легко деформируемым. Гибридное конструирование позволяет создать материал, сочетающий почти такую же жесткость, что и обычный композит, содержащий только жесткие волокна, но с увеличенной вязкостью.

ОЗМОЖНОСТЬ управления свойствами вновь создаваемых материалов, особенно хорошо реализуемая при проектировании гибридных композитов, оказывает существенное влияние на совершенствование технического проектирования. Традиционно выбор материала и проектирование компонентов конструкции были отдельными задачами; частично это объясняется тем, что однородные материалы, например металлы и спла-