Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Материаловедение и технологии новых материалов»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

С ДИСКРЕТНЫМИ ВОЛОКНАМИ

Методические указания к расчетной работе по дисциплине «Материаловедение» для студентов машиностроительных специальностей

Нижний Новгород 2007

Составитель И. М. Мальцев

УДК 669.017

Проектирование структуры и свойств композиционных материалов с дискретными волокнами: Метод. указания к расчетной работе по дисциплине «Материаловедение» для студентов машиностроительных специальностей/НГТУ; Сост. И. М. Мальцев. Н. Новгород, 2007. 14 с.

Приведены краткие сведения из теории, примеры, решения, методология и справочные данные проектирования структуры и свойств композиционных материалов.

Научный редактор Г.Н. Гаврилов

Редактор

Подп. К печ. 01.01.07. Формат 60 х 80¹/16. Бумага газетная. Печать осфетная. Печ. Л. 1,0. Уч. – изд. л. 0,8. Тираж 300. Заказ 250.

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. 603600, Н. Новгород, ул. Минина, 24.

Нижегородский государственный

технический университет, 2007.

Проектирование структуры и свойств композиционных материалов с дискретными волокнами

Цель работы: изучить метод выбора материала компонентов, рецептуры, расчетные зависимости композиционного материала на примере композита с хаотично ориентированными дискретными волокнами.

1. Общие положения и порядок выполнения расчетной работы

Студент получает и выполняет один из вариантов заданного преподавателем задания. ЗАДАНИЕ: выбрать материалы матрицы и волокон двухкомпонентного композита с хаотичной дискретной армирующей фазой, дать оценку энергоемкости изготовления возможных вариантов проектируемого материала. Для спроектированного материала рассчитать плотность, прочность, удельную прочность и энергоемкость изготовления. Для всех вариантов заданий исходными данными являются: одноосное растяжение стержня длиной L = 0,45 (м), сечением S=10^-4 (м²), массой М__ (кг), силой N =____(Н) в нейтральной среде при температуре Т ~ 293 К. Факторы срока службы в расчете не учитываются. Плотность проектируемого композита может быть ниже на 10% требуемой величины. Численные значения задаются преподавателем.

2. Краткие сведения из теории

Разработка изделий из композиционных материалов (КМ) связана не только с формообразованием и тепловой обработкой, но и с формированием его структуры и физико-механических характеристик, выполняемым на стадии проектирования КМ. Таким образом, создание деталей из КМ - наглядный пример воплощения триединства материала, конструкции и технологии, поскольку в процессах проектирования и изготовления предусматривается и обеспечение основных свойств материала изделия. Наибольшая эффективность использования КМ достигается при решении задач сокращения металлоемкости, исключения тепловых операций (энергозатрат), повышения характеристик прочности, долговечности и надежности (удельной прочности), снижения веса конструкций и повышения технологической производительности в сочетании с гибкостью и универсальностью метода КМ,

Композиционными материалами (composite, англ. - сложный составленный из чего-либо) являются искусственно созданные человеком матричные материалы, содержащие два или более компонента, гетерофазные по строению, однородные в макро - и неоднородные в микро мае штабе, обладающие аддитивным комплексом физико-механических свойств, обусловленным сохранением индивидуальности каждого образующего композит компонента.

В промышленных масштабах композиты получают методами порошковой металлургии, переработки полимеров и олигомеров.

Структурными элементами КМ являются матрица и арматура, размещенная в непрерывной среде первой. По внутренней архитектуре (структуре) КМ классифицируют на непрерывно армированные (сетки, ткани, фольги, жгуты и системы нитей) и дискретные (частицы, пленки, короткие волокна и войлоки). Кроме того, ориентацию арматуры делят на хаотично ориентированную и специально ориентированную (анизо- и изотропную, ортогонально армированную и т. п.).