Справочник по композиционным материалам

Усталостные свойства КВМ на основе УВ

Одной из важнейших особенностей КВМ на основе УВ после высоких физико-механических свойств являются их усталостные свойства. Сам термин «усталость» имеет такой же возраст, как и композиционные материалы, и может быть отнесен к 1854 г. Рассказывая об Уилингском (шт. Виргиния) висячем стальном мосте журналист отмечал [359]: «... Частая смена давлений и растяжений в металле, малейшие нарушения в расположении ча­стиц в нем, портят металл и могут привести к неожиданным разру­шениям при незначительной нагрузке». Теперь мы называем это ухудшение свойств — усталостью. Далее он продолжал: «... Следо­вало бы проявлять осторожность и использовать каменные сваи и деревянные перекрытия». Дерево, конечно, прекрасный естест­венный композит с отличными усталостными свойствами.

Усталостные свойства однонаправленных КВМ и металлов приведены на рис. 11.57 [360]. Очевидно преимущество угле­пластиков и других композитов перед металлами и сплавами В связи с этим углепласти­ки являются идеальными ма­териалами конструирования для вертолетов (которые из всех летательных аппаратов испытывают самые высокие усталостные нагрузки) и

Рнс. 11.57. Удельное сопротивле­ние усталости Оу/р различных ма­териалов в зависимости от числа циклов до разрушения N: 1 — углепластик; 2 — боропластик;

3 — однонаправленный стеклопластик;

Бу/р, кПа •м3/кг

4 — тнтан 8-1-1; 5 — сталь 4130; 6 — алюминий 2024

6„ГПа

Рис. 11.58. Влияние углов ориентации волокна (а) и температуры (б) в ком­позите SP313 (УВ-эпоксидный КВМ с объемной долей волокна VB = 61,4%, R = 0,1 при частоте 30 Гц) на предел выносливости Од:

* однонаправленное волокно

: 45°; 8 слоев; 3 — 90°, 15 слоев; б. - 128; 7 — 177 °С

А: 1 — 0°, 6 слоев; 2 — : (0°); 4 — 22; 5 — 25; 5 ■

Для применения в пружинных листах. Типичные значения уста­лостных характеристик КВМ из УВ приведены на рис. 11.58, 11.59 [360]. Следует подчеркнуть, что это именно типичные величины. Они не характеризуют ни механизм, ни вид усталост­ного разрушения. Последние вопросы выходят за рамки рассмо­трения данной книги. Исследованиям усталостных свойств угле­пластиков посвящено большое число работ, с которыми читатель может ознакомиться в обзорах по этому вопросу 1361—368].

Рис. 11.59. Зависимость предела выносливости он от числа циклов (с частотой 30 Гц) до разрушения N при различной температуре:

А — однонаправленный КВМ У В-полисульфоновый.4S-3004 однонаправленный (0°, шесть слоев, V = 57,2 %; R = 0,1); / — 22; 2 — 25; 3 — 83; 4 — 120 °С; б — однона­правленный УВ-полиимидный КВМ.4S-4397 (0°, = 63,6 %, Я = 0,1): 1 — 25; 2 — 177; 3 — 232 °С

Ев ГПа • м J

Рис. 11.60. Усталостные свойства (отношение удельного предела прочности при растяжении к плотности ов/р при статическом и многоцикловом (N) нагру - жении различных материалов и различных углах А — УВ—Э, 0е; Б — УВ—Э, ±45°; В — УВ—Э, 90°; Г — алюминий 2024 ГЗ; Д — сталь; Е — УВ—Э, 0/45/90—45 и —45/90/45/0°; 1 — статическое нагружение; 2,3 — циклическая долговечность соответственно 10- и 10г

Влияние ориентации волокон на усталостные свойства УВ-Э- композитов (Э — с эпоксидной матрицей) показано на рис. 11.58 [360] и 11.60 [355, 368, 369]. Видно, что с возрастанием влияния матрицы связующего (укладка +45 и 90°) снижаются усталостные свойства КВМ. Однонаправленные КВМ на основе УВ имеют су­щественно более высокие усталостные свойства, чем алюминий и сталь (см. рис. 11.60). Даже квазиизотропный КВМ имеет в 2— 4 раза более высокие усталостные характеристики (при 107 цик­лов), чем сталь и алюминий. Влияние температуры на усталост­ные свойства УВ-эпоксидного композита показано на рис. 11.58, б [360]. При возрастании температуры усталостные свойства сни­жаются при том же количестве циклов. Аналогичное поведение характерно и для других материалов: полисульфонов (см. рис. 11.59, а) [369] и полиимидов (см. рис. 11.59, б) [360]. В по­следнем случае при повышении температуры увеличивается гиб­кость связующего.

11.14. Усталостные свойства углепластиков. Отношение прочности после 10' циклов нагружеиия к исходному пределу прочности при растяжении 1

А >.

О.

О. о >.>-

Ь о

<u £ £

І >>

О.

■ V Сь О

<и s is

Материал

О

О.

Л К

О.

1

Материал

О о

{X

Та s о.

А

Мак тура

£■3 * * as

К s s

U

К

О

Kg. я Р1

S&

® 3 В Ч в в

5

В н

О

УВ-Э 5

[355]

30

0,53

Ув-э м

Ки

[368]

10

0,38

УВ-Э 2

±45°

[355]

30

0,56

УВ-Э 4 1

Ки

[368]

10

0,26

УВ-Э?

90°

[355]

30

0,54

УВ-Э 2 (127°С)

[355]

30

0,58

Алюминий

[369]

0,28

УВ-Э 2 (177 °С)

[355]

30

0,54

2024 ГЗ

УВ-полнимид 8

[355]

30

0,67

Сталь 4130

[369]

0,44

УВ-полнсуль-

[355]

30

0,56

УВ-Э3

[322]

30

0,56

Фон »

УВ-Э4- 6

КИ 1°

[368]

10

0,55

1 ов определялся при комнатной температуре 22 °С.

2 Г300-РЙ313 с объемной дблей волокна 61 %.

3 Г300-5208 с объемной долей волокна 60... 70 %.

4 Г300-934 с объемной долей волокна 60 ... 66 %. § R = 0.

6 Усталость при циклах нагружения «сжатие—растяжение» (осж = 0,15сгв). 1 То же, при <тсж = 0,23ов.

8 А 5-4397 — полиимид с объемной долей волокна 64 %.

А AS-P1700 —полисульфон с объемной долей волокна 57%.

10 КИ — квазинзотропный пластик с ориентацией 0/45/90—45—45/90/45/0°.

Особый интерес для конструкторов представляет знание вели­чины максимальных разрушающих напряжений (предел проч­ности) в КВМ после многоцикловых воздействий. В табл. 11.14 приведены эти данные для большого числа материалов при раз­личных условиях. За исключением УВ-полиимидных КВМ, уста­лостные свойства при 107 циклов находятся на уровне 0,53 ... 0,58 независимо от температуры, структуры образца или вида матрицы. При знакопеременной нагрузке (циклы растяжение—сжатие) этот параметр еще ниже и зависит от приложенной нагрузки и структуры армирующего наполнителя [368] (см. табл. 11.14). При проектировании конструкций, испытывающих напряжения сжатия, рекомендуется использование гибридных материалов с борными волокнами (см. п. 11.12).

Справочник по композиционным материалам

Механическая обработка термопластов

Механическая обработка неармированных термопластов хо­рошо изучена. Введение армирующей добавки (стекловолокна, арамидного типа «Кевлар» или углеродного волокна) меняет свойства материала. Хотя основные свойства композиционных материалов при механической обработке остаются теми же, …

Испытания исходных компонентов для производства композиционных материалов

Компоненты (сырье) для производства композиционных мате­риалов обычно подвергаются испытаниям, цель которых — конт­роль качества сырья. К сырьевым материалам при производстве композитов относятся армирующие материалы, связующие и ка­тализаторы (отвердители), а также …

Методы неразрушающего контроля на основе электрических свойств

Диэлектрическая постоянная и фактор рассеяния (тангенс угла диэлектрических потерь) могут быть использованы как пара­метры при определении свойств армированных материалов мето­дами неразрушающего контроля. При заданных толщине образца и составе композита величина …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.