Армированного стекловолокном

Смежные слои в материале могут различаться по ориентации и содержанию волокон в плоскости слоя. Арматура может быть прямолинейной, может иметь заданный или случайный (рис. 3.8) характер искривления. Содержание и расположение волокон, пронизывающих плоскости деления, во всех слоях одинаково. По схемам армирования слои можно разделить на три основные группы. К первой группе отнесены слои, у которых волокна двух направлений прямолинейны и взаимно ортогональны. Вторую группу составляют слои, у которых волокна, лежащие параллельно заданной плоскости деления, имеют заданную или случайную степень искривления. Волокна, пронизывающие слой, прямолинейны и ортогональны слою; К третьей группе отнесены слои, у которых волокна, лежащие в плоскости слоя, прямолинейны, а волокна, пронизывающие выделенные слои, наклонены под косым углом. Элементарный слой, выделенный из пространственно-армированного материала двумя параллельными плоскостями, представляет по своей структуре двухмерноармиро-

ванный композиционный материал. Для трехмерных структурных схем разбиение композиционного материала на слои является чисто методическим приемом, упрощающим расчет упругих характеристик пространственно-армированного материала и сводящим его к расчету слоистой модели.

Эффективные значения упругих характеристик композиционного материала рассчитывают на основе метода регуляризации его структуры [8, 10, 11, 71). Согласно этому методу, частично упорядоченную реальную структуру армированного материала заменяют некоторой моделью, состоящей из периодически чередующихся в пространстве компонентов материала. Расчет упругих констант такой модели состоит в решении граничной задачи для многосвязной области. К настоящему времени результаты получены в основном для моделей однонаправленных волокнистых структур. В работе [10] решение представляется в виде ряда по эллиптическим функциям комплексного переменного. Численная реализация с применением ЭВМ позволила уточнить расчетные значения упругих констант композиционных материалов при различной геометрии укладки волокон в поперечном сечении однонаправленного материала. Одновременно выявлено влияние укладки на коэффициент концентрации напряжений в сплошных и полых волокнах.

ного из направлений армирования происходит путем изменения свойств матрицы по всему объему материала. Упругие характеристики слоя как дпухмерноармированного прямолинейными волокнами материала вычисляют по формулам табл. 3.2. Наложением слоев друг на друга завершается построение модели материала. Неоднородная структура пространственно-армированного материала представляется в виде пакета слоев, уложенных друг на друга, с различными свойствами (рис. 3.11). Каждый слой может содержать волокна в произвольном направлении, наличие волокон в направлении 3 учтено введением модифицированной матрицы. При таком подходе неоднородность структуры материала обусловлена только различием дефор-мативных свойств слоев. Достоверность расчета зависит от точности вычисления упругих констант отдельного слоя.

Учитывая (3.53), эффективные компоненты матрицы жесткости при плоском напряженном состоянии для двух рассмотренных выше типов слоистых материалов не могут быть определены усреднением соответствующих («одноименных» по индексации) компонент матрицы жесткости слоев для трехмерного случая, кроме тривиального случая усреднения модуля сдвига слоев ортогонально-армированного материала. Как видно из табл. 3.7, к усредненным компонентам матрицы жесткости для объемного случая добавляются члены, зависящие от поперечных плоскости слоев компонент жесткости.

Отметим в заключение, что усреднение компонент матрицы жесткости слоев, проведенное для двух характерных типов слоистых композиционных материалов, в случае плоской задачи (см. табл. 3.7) аналогично методу Фойгта [44]. Это усреднение соответствует методу Фойгта для случаев расчета модуля сдвига в плоскости ортогонально-армированного материала и компонент жесткости, относящихся к нормальным деформациям в плоскости равновесного косоугольно-армированного материала. Нерассматриваемые в плоской задаче компоненты матрицы жесткости, характеризующие поперечные свойства слоистого композиционного материала, можно в некоторых случаях рассчитывать по усреднению Фойгта или Рейсса. Так, для косоугольных и ортогональных укладок материала эффективные компоненты жесткости, характеризующие влияние поперечной деформации на напряжения в плоскости, находят, как следует из формул (3.35), (3.41) при Взззз = const, усреднением по Фойгту:

Как видно из (3.69), если модель пространственно-армированного материала представить лишь системой «раз-

В некоторых случаях [40, 42, 43] для приближенных оценок упругих констант материалов с многонаправленной пространственной ориентацией волокон прибегают к формальным методам усреднения по Фойгту или Рейссу, характерным для среды с включениями. В качестве «включения» рассматривается анизотропный расчетный элемент, по упругим свойствам представляющий собой однонаправленный волокнистый материал. Повторяющийся элемент пространственно-армированного материала «составлен» таким образом из расчетных элементов, число которых равно числу направлений армирования. Принято, что все связующее композиционного материала распределено по расчетным элементам пропорционально объему арматуры каждого направления. Вследствие этого считается, что повторяющийся объемный элемент материала, упругие свойства которого следует определить, весь заполнен расчетными элементами с относительными объемами, равными отношению содержания арматуры в них ко всей арматуре повторяющегося элемента.

Используя метод усреднения для компонент тензора жесткости и податливости в отдельности, вводили с целью наилучшей корреляции результатов расчета с экспериментальными данными эмпирический коэффициент, значения которого заключены в пределах 0 < k < 1 [40, 42, 43]. В этом случае эффективные компоненты жесткости пространственно-армированного материала находят по правилу «смеси» усредненных в пределах повторяющегося объема значений компонент тензора жесткости расчетных элементов и их обратного тензора податливости:

В работе [43] для некоторых пространственно-армированных многонаправленных волокнистых композиционных материалов установлен диапазон 0,75
Сдвиговые свойства пространственно-армированного композиционного материала оценивают в двух аспектах. Во-первых, выявляют возможности использования существенно повышенной сдвиговой жесткости трехнаправлен-ного ортогонально-армированного материала в одной из неглавных плоскостей упругой симметрии материала. Поэтому целесообразно ориентировать оси материала в конструкции так, чтобы сдвиговое нагружение происходило в плоскости Г2', повернутой относительно осей 12 на угол 45° вокруг оси 3. При этом в двух других ортогональных к Г2' плоскостях сохраняется плохое сопротивление сдвигу. Во-вторых, оценивают возможность повышения сдвиговых свойств за счет косоугольного равновесного армирования в трех ортогональных плоскостях. В этом случае число направлений армирования становится равным шести и более; коэффициент армирования по сравнению с трех- и четырехнаправленным материалом снижается, что, в свою очередь, не приводит к ожидаемому эффекту повышения сдвиговой жесткости в трех ортогональных плоскостях.

На рис. З показан вентилятор диаметром 25,4 см кондиционера воздуха, изготовленный прессованием из сополимера полистирола и акрилонитрила, армированного стекловолокном, который установлен в зале «Вестингауз». Вентилятор заменил металлический и успешно эксплуатируется уже в течение ряда лет. Рассмотрение свойств различных стеклопластиков для вентиляторов на началь-

Для наружной защиты судов (см. раздел 18.3) нашли применение аноды в основном двух форм. Одну конструкцию предложил Морган [8, 9]; она применяется предпочтительно при изготовлении анодов из сплавов свинца с серебром. Имеется в виду вытянутый трапецеидальный корпус из пластмассы (обычно полиэфира, армированного стекловолокном), в боковых стенках которого размещены активные анодные по-

для композита, армированного стекловолокном Е.

Хираи и Фудзихара [6.35] проводили наблюдения особенностей изменения зависимости напряжения — деформация, которые могут происходить в процессе развития усталости. Эти наблюдения показали, что при 0,2%-ной деформации и выше начинается возрастание площади гистерезиснои кривой. Следует упомянуть также работу Судзуки и др. [6.36], в которой определены значения усталостной вязкости для поли-! карбоната, армированного стекловолокном.

Рис. 6.56. Диаграммы усталости поликарбоната, армированного стекловолокном, Vf = 40% (кривая 1) кривая 2 построена для поликар-

Рис. 7.7. Влияние температуры на предел выносливости при изгибе композита, армированного стекловолокном: 1 при JV=104 циклов, 07=12,72—0.0189Г; 2— при N = 105 циклов,
В габл. 2 приведены данные о влиянии температуры пропарки на предел прочности при изгибе армированного портландцементного камня. Наибольшую прочность после пропарки имеют армированные образцы, твердевшие при 60° С в течение 8 час. С повышением температуры пропарки до 90° С прочность портландцементного камня, армированного стекловолокном без покрытия, заметно снизилась, что вызвано деградацией стекловолокна под действием среды твердеющего портландцемента, а прочность портландцементного камня, армированного стекловолокном с полиорганосилоксановым покрытием, почти не изменилась. Проведенные исследования показывают, что полиорганосилоксановое покрытие достаточно хорошо защищает стек-ловолокнистую арматуру от разрушения в среде твердеющего портландцементного камня.

из полистирола, армированного стекловолокном, что обеспечивает большую стойкость и стабильность размеров при нагреве. Кроме того, этот материал имеет низкую теплопроводность и корпус поэтому слабо нагревается.

Коэффициент теплового расширения фторопласта, армированного стекловолокном в радиальном направлении, равен 54 X X 10~6 мм/мм -град, а в осевом — 162-10~6 мм/мм • град (средние значения в пределах от —18° С до +177° С). В связи со столь значительными величинами теплового расширения необходим точный расчет зазоров между поршневым кольцом и поршнем, а также поршневым кольцом и цилиндром.

После пожара заводское здание было восстановлено. Колонны, несущие элементы, крыши, полы изготовлены из железобетона. Полы защищены кислотостойкой плиткой, армированной стекловолокном полиэфирной смолой и асфальтом. Поскольку перерабатываемые растворы содержат ионы хлорида, то все оборудование, которое не контактирует с органикой, защищено от коррозии гуммировкой. До пожара экстракционное оборудование было изготовлено из углеродистой стали и защищено от коррозии армированной асбестом фенолформальдегидной смолой. После пожара защитное покрытие было выполнено из пластика, армированного стекловолокном. Трубопроводы изготовлены из термостойкого стекла и армированного стекловолокном пластика. В качестве запорной арматуры используются остеклованные с мембранами из тефлона вентили Саундерса. Все чаны и смесители-отстойники имеют опорные стальные конструкции. В новом цехе отделение экстракции изолировано от других отделений, усилена его вентиляция, установлен сборный чан для слива органической фазы, увеличено количество дверей для выхода из здания.

нольной смолой. Асбест "при модуле Юнга 1,75?Х XIО4 кГ/мм2 придает относительно высокую жесткость всему изделию, но предел прочности на растяжение хотя сравнительно и велик, но все же меньше, чем у материала, армированного стекловолокном. Свойст-ства американского материала «Pyrotex» с удельным весом 1,8, пределом прочности при растяжении 35 кГ/мм2 и модулем Юига 0,35-104 кГ/мм2 описаны Росато [781]. Практически • отсутствует информация о поведении этих материалов при переменных нагрузках, хотя была получена высокая величина отношения предела выносливости к пределу прочности при растяжении литого в вакууме материала «Durestos» (предел прочности 14 кГ/мм2) при пульсирующем растяжении [794].