WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 14 |

Способы оценки работоспособности изделий из композиционных материалов методом компьютерной томографии

-- [ Страница 3 ] --

Прочность при растяжении, Модуль упругости при растяжении, ГПа Матрица, как правило, обеспечивает монолитность материала и мало влияет на жесткостные и прочностные свойства, поскольку модуль упругости связующего более чем на порядок меньше модуля упругости волокон. Основные характеристики применяемых смол представлены в табл.2.

Табл. 2. Физико-механические характеристики связующих

ФФ КО ПЭ Э ПИ

Параметр Плотность, г/см3 1,2-1,33 1,33-1,42 1,21-1,35 1,2-1,3 1,38-1, Прочность при растяжении, МПа Модуль упругости, Относительное удлинение, % Примечание.

ФФ – фенолоформальдегидная смола, КО – кремнийорганическая смола, ПЭ – полиэфирная смола, Э – эпоксидная смола, ПИ – полиимидная смола.

Важной особенностью КМ является анизотропия свойств и, в связи с этим, большое количество подлежащих определению упругих констант материала.

Для многослойных КМ разработан соответствующий математический аппарат, описывающий физические соотношения как для единичного слоя материала, так и для многослойного пакета КМ.

Физические соотношения для единичного монослоя Ввиду анизотропии свойств пластиков, закон Гука для них записывается в расширенном виде, с учетом влияния изменения свойств в ортогональных друг другу направлениях:

где 1,2 линейные деформации в направлениях 1 и 2, 12 - сдвиговые деформации в направлениях 1 и 2; 1,2 – нормальные напряжения в направлениях 1 и 2, 12 - касательные напряжения в направлениях 1 и 2; Е1,Е2 и G12 - модули упругости в направлениях 1, 2 и модуль сдвига в плоскости слоя; 12 и 21 коэффициенты Пуассона в плоскости слоев.

Общий вид системы координат единичного слоя показан на рис. 1.

Действующие напряжения в направлении 1 (по направлению выкладки волокон) записываются в следующем виде:

где P - действующая нагрузка, F – площадь сечения, b - ширина сечения N - число монослоёв, hmono - толщина элементарного монослоя материала.

Разрушение и повреждение компонентов волокнистой структуры КМ приводит к уменьшению площади волокон в сечении, воспринимающих потоки действующих нагрузок, что приводит к возрастанию напряжений по сечению.

Поэтому определение зон дефектов армирующей компоненты КМ является актуальной задачей НК, в том числе с применением самых современных и высокоточных методов.

Физические соотношения для многослойного КМ В общем случае на конструкцию из КМ могут воздействовать различные по величине и направлению нагрузки, приводящие к появлению соответствующих потоков сил, что приводит к необходимости иметь несколько направлений армирования. Каждый монослой может иметь свой угол выкладки в системе координат агрегата или изделия (рис.2).

Угол является углом между ортом координаты монослоя и направлением системы координат изделия соответственно.

Соотношения, связывающие напряжения для i - го слоя в координатах x, yпанели по отношению к координатам 1, 2монослоя записываются с помощью формул преобразования к новым осям координат при повороте осей:

Обратные соотношения (1.2) относительно уравнений преобразований (1.1) для перехода к новым осям координат имеют вид:

Аналогично записываются статические соотношения связи для деформаций между системами координат конструкции и монослоя:

Расширенный закон Гука для многослойного КМ, связывающий характеристики и деформации с действующими напряжениями, запишется в виде:

Таким образом, механика КМ является сложной математической системой, учитывающей физико-механические свойства входящих в материал компонентов и большое количество упругих констант КМ, при этом появление дефектов внутренней структуры различной природы приводит к возникновению локальных концентраторов напряжений, снижению жесткости – модуля упругости системы, и, как следствие, к снижению ресурсных характеристик поврежденной конструкции по сравнению с бездефектной.

1.3. Основные технологические процессы изготовления изделий из КМ В настоящее время существует большое количество технологических процессов изготовления узлов, агрегатов и изделий из КМ. Выбор соответствующей технологии определяется требованиями, предъявляемыми к конструкции, перечнем материалов и компонентов, используемым оборудованием, требованиями экологичности и экономичности. Среди основных применяемых технологий изготовления конструкций из КМ выделим прессование, намотку, контактное, контактно-вакуумное и автоклавное формование, технологии пропитки под давлением.

Изготовление изделий из КМ методом прессования Основными характеристиками процесса прессования являются давление прессования, температура отверждения, время выдержки. При использовании метода прессования для создания конструкций из КМ различают два вида давления – формования и отверждения.

Давлением формования считается давление, при котором слоистый КМ уплотняется и принимает форму и конфигурацию изделия в полости прессформы. Величина давления формования зависит от сложности поверхности изделия и характеристик выбранных материалов: вязкости связующего, содержания влаги, содержания летучих компонент растворимой части смолы.

Давлением отверждения является давление, которое необходимо в процессе отверждения отформованного КМ для недопущения раскрытия пресс-формы под действием выделяющихся летучих продуктов отверждения связующего, упругих и обратимых сил деформации Температура отверждения определяется, исходя из химических свойств связующего, и определяет эластичность материала, от которой зависит способность КМ к формованию и последующему отверждению.





Время выдержки зависит от скорости полимеризации связующего, природы компонентов смолы – отвердителей и ускорителей, процентного содержания влаги и летучих компонентов смолы, температурного режима прессования, габаритов, формы и толщин изделия из КМ и др.

Технологический процесс прессования состоит из следующих стадий:

Подготовка компонентов материала и их объемного содержания;

Предварительный подогрев материала для повышения эластичности при формовании. Укладка КМ в пресс-форму;

Подпрессовка материала и выдержка его под давлением;

Разъем пресс-формы и извлечение детали;

Механообработка изделия и его НК, очистка пресс-формы для повторения цикла прессования изделия из КМ.

На этапе подготовки компонентов КМ определяют основные технологические параметры материала – плотность, вязкость, объемное содержание влаги и летучих компонент, наличие инородных внедрений – проводится входной контроль компонент. Для армирующих наполнителей проводится оценка качества волокнистой структуры, осуществляется раскрой лент и тканей материала.

Предварительный подогрев материала приводит к переходу связующего в вязкотекучее состояние, облегчающее формование КМ в пресс-форме. Выкладка слоёв материала в пресс-форму производится послойно с равномерным распределением по поверхности пресс-формы, при необходимости проводится частичное смыкание формы для уплотнения материала.

Подпрессовку материала в пресс-форме проводят для удаления летучих компонентов связующего и иных газов и паров, что положительно сказывается на качестве изделия, повышаются физико-механические характеристики материала, уменьшается время выдержки КМ в пресс-форме.

Выдержкой в пресс-форме называется временной отрезок нахождения материала с первого смыкания и до момента снятия давления для поднятия пуансона перед извлечением изделия формы. Для изделий из слоистых КМ время выдержки учитывает и этап охлаждения материала под давлением.

После изготовления изделия из КМ методом прессования проводится съем изделия (выемка из пресс-формы), механообработка и контроль. В качестве наиболее распространенных повреждений внутренней структуры для технологического процесса прессования характерны повышенная пористость, наличие расслоений и областей непроклея, отклонения от номинальных углов армирования и иные дефекты, обнаруживаемые современными методами НК, в том числе КРТ.

Существует две разновидности технологического процесса намотки – «сухая» и «мокрая», имеющие различие в способе совмещения армирующей и матричной компонент. При «мокрой» намотке процессы пропитки и нанесения материала на оснастку совмещены, что позволяет применять данный метод для изготовления крупногабаритных оболочек вращения.

Технологический процесс намотки характеризуется варьированием параметров толщины монослоёв, точным объемным соотношением компонентов КМ, возможностью обеспечить широкий диапазон углов армирования материала. Существует несколько разновидностей намоточных процессов, среди которых выделяют прямую (окружную) намотку, спиральную (кольцевую, тангенциальную), спирально-перекрестную, косослойную и иные виды.

Одним из наиболее значимых технологических факторов процесса «мокрой» намотки является значение предварительного натяжения волокнистой структуры. Натяжение при намотке определяет начальное НДС конструкции, а также косвенно влияет на степень неоднородности структуры материала изделия, препятствуя перемещению связующего из внутренних слоёв в приповерхностную зону. Еще одним важным технологическим фактором является режим отверждения матричной компоненты, влияющий на структуру и дефектность готового изделия.

При использовании современных методов НК для конструкций, изготовленных методом намотки, определяются дефекты армирующей и матричной компоненты КМ. Применение ультразвуковых методов и КРТ дает возможность определять порывы волокнистой структуры материала, причиной которых может быть излишнее натяжение волокон при намотке на оправку. Значительная пористость и неоднородность распределения связующего по толщине конструкции свидетельствуют о необходимости изменения параметров технологического процесса. Таким образом, использование методов НК позволяет не только определять состояние внутренней структуры материала, но и давать необходимую информацию для оптимизации технологического процесса изготовления изделия из КМ.

Технологии формования применяются для изготовления конструкций из слоистых КМ, в зависимости от назначения изделия, его конструктивных характеристик, используемой смолы и серийности производства используют следующие виды формования: контактное, контактно-вакуумное и автоклавное.

Контактное формование является наиболее простым методом формования и используется для изготовления крупногабаритных малосерийных изделий сложной формы. При контактном формовании осуществляется пропитка раскроенного армирующего компонента связующим в форме, формование и отверждение при комнатной температуре или с подогревом до 80 - 90°С с последующей механообработкой. Метод контактного формования имеет ряд недостатков, проявляющийся в большом разбросе физико-механических свойств материала изделия, высокой вероятности образования дефектов внутренней структуры КМ: отклонений от номинальных углов армирования, складок, замятий, зон непропитки и т.д. Для конструкций, изготовленных методом контактного формования, актуально применение акустических и тепловых методов НК, имеющих достаточно высокую производительность.

Метод контактно-вакуумного формования основан на разности давлений между наружной атмосферой и разрежением, создающимся внутри, между жесткой формой и эластичным мешком. Данный метод применяется для изготовления малой серии крупногабаритных изделий из КМ, а также для многослойных конструкций с сотовым заполнителем различной природы.

Использование технологии автоклавного формования позволяет достичь высоких значений физико-механических характеристик КМ с малым разбросом свойств. Применение автоклава позволяет обеспечить равномерный нагрев конструкции и одинаковое давление по всей поверхности, что обеспечивает стабильность упругих констант материала, пониженную дефектность и высокое качество структуры изделия, что контролируется современными методами НК.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 14 |
 









 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.