Использование концепции

Для реализации технологии упрочняющей обработки материалов комбинированными ионными пучками необходимо специальное оборудование, предусматривающее расположение нескольких катодов в вакуумной камере. В этом случае последовательность технологического процесса упрочнения аналогична техпроцессу ионной имплантации, приведенному в разделе 8.2. Отличие состоит в периодическом или последовательном включении в течение цикла ионно-лучевой обработки того или иного катода. При этом возможно использование композиционных катодов, что позволяет модифицировать поверхность многокомпонентными ионными пучками.

Использование композиционных материалов, образованных системой двух нитей, для изготовления' изделий методом намотки позволяет значительно повысить их несущую способность при действии давления. Исследования показывают, что при изготовлении кольцевых образцов с внутренними слоями из пространственно-армированных материалов и наружными из слоистых можно ограничиться относительной толщиной RK/RB — 1,40, в то время как при использовании ленты тканого переплетения Ru/R-в = 1,88, при намотке колец из однонаправленной ленты ЛСБ-F RK/RB = 2,15 при одинаковых внутреннем радиусе и давлении.

называют расчетом по методу сосредоточенных параметров, поскольку для нахождения неизвестных величин требуется решение конечной системы алгебраических уравнений. Методы и соответствующие им вычислительные программы быстро развивались в последнее десятилетие прежде всего для того, чтобы удовлетворить потребности в расчетах авиационной техники. Однако до недавнего времени расчеты с помощью метода конечного элемента развивались только применительно к конструкциям из изотропных материалов. Все возрастающее использование композиционных материалов, обладающих анизотропией свойств, потребовало дальнейшего развития метода конечного элемента с учетом особенностей композитов.

Удельная прочность любых материалов, используемых в транспортных средствах, всегда является важной характеристикой в результате ее прямой связи с энергетическими расходами, эксплуатационными характеристиками и коммерческими соображениями. Налагаемые на конструкции транспортных средств ограничения по габаритам, внешнему виду, а также требования соответствующих законоположений дают основание считать использование композиционных материалов в этой отрасли особенно перспективным.

Использование композиционных материалов требует от конструктора учета двух обстоятельств. Во-первых, само конструирование становится более сложным, так как необходим учет направленности волокон в слоях и в материале в целом и изменения в связи с этим свойств. Подробнее этот вопрос рассмотрен в разделе V этой главы. Во-вторых, можно использовать множество конструктивных решений, повышающих аэродинамические характеристики (аэродинамический профиль, чистоту поверхности, соотношение габаритных параметров). Это требует от конструктора разносторонних технических знаний и новаторского мышления, что особенно важно при проектировании перспективных летательных аппаратов. Этот вопрос будет рассмотрен в разделе VII этой главы. Кроме того, композиционные материалы позволяют снизить стоимость как производства, так и эксплуатации самолетов и повысить их надежность. Новые конструктивные идеи, реализуемые при использовании композиционных материалов, позволяют значительно улучшить летные характеристики самолетов.

Из графика, показанного на рис. 21, видно, что при сокращении длины пробега перед взлетом масса конструкции (так же как и других элементов) возрастает (приведены данные для самолета с коротким разбегом с полетной массой —36 т). Аэродинамическое явление, известное как внешний обдув закрылка (ВОЗ), может быть использовано для повышения эффективности крыла при низких скоростях воздушного потока. Это уменьшает величину «штрафа на массу» при длинах пробега менее 600—750 м. Использование композиционных материалов в основных элементах конструкции наряду с рассмотренным аэродинамическим эффектом может

В отличие от военных сверхзвуковых самолетов, в которых уже на настоящем этапе возможно использование композиционных материалов, сверхзвуковые транспортные самолеты будущего поставлены в намного более тяжелые условия внешней среды. Применение существующих полимерных композиционных материалов в военной авиации упрощено в связи с относительно малой

Максимальные нагрузки на несущую конструкцию космического корабля «Аполлон» длятся около 15 мин, тогда как гражданский или военный самолет должен прослужить порядка 25 000 — 60 000 ч, поэтому, казалось бы, использование композиционных материалов в космических аппаратах сопряжено с меньшим риском. Но, с другой стороны, возрастающие требования к надежности и меньшие коэффициенты запаса, фигурирующие в космической технике, повышают значение статической прочности. Далее, разрушение обитаемого космического корабля связано потенциально с большей вероятностью гибели экипажа и с большим материальным ущербом, чем гибель самолета. В результате к использованию композиционных материалов при разработке пилотируемого космического корабля подходят со значительно большей осторожностьк>3 чем в авиастроении.

Рис. 8. Использование композиционных материалов в лунном модуле! J — трап; 2 —- передняя площадка входа-выхода (балкон)

Рис. 9. Использование композиционных материалов в ракете «Сатурн S-II»-1 — нижняя тепловая защита; 2 — общая переборка; 3 — защитный кожух-4 — обтекатели уступов

Рис. 10. Использование композиционных материалов в космическом корабле «Пионер'-10»:

В металлах и сплавах реализуется большое разнообразие структур — от высокоупорядоченных до полностью разупорядоченных. Использование концепции фракталов применительно к микроструктурам в сплавах показало большую эффективность применения фрактальной размерности для количественного описания дислокационных структур, границ зерен, распределения частиц в сплавах, строения поверхностей разрушения, дендритных структур и др.

Таким образом, использование концепции Оровапа — Ирвина позволяет, с одной стороны, сохранить решение теории упругости, с другой — получить новые эффекты, не описываемые при нулевом смещении в конце трещины. Учет второго слагаемого в (18.1) обеспечивает конечность прочности тела при отсутствии трещины.

19. Терентьев В.Ф., Бунин И.Ж., Колмаков А.Г., Встовский Г.В. Использование концепции фрактала в материаловедении. Институту металлургии и материаловедения им.А.А.Байкова 60 лет: Сборник научных трудов / Под ред. академика Н.П. Лякишева.- М.; Изд. Элиз, 1998.- С.396 -411.

В металлах и сплавах реализуется большое разнообразие структур - от высокоупорядоченных до полностью разутюрядоченных. Использование концепции фракталов применительно к микроструктурам в сплавах показало большую эффективность применения фрактальной размерности для количественного описания дислокационных структур, границ зерен, распределения частиц в сплавах, строения поверхностей разрушения, дендритных структур и др.

При построении аналитических моделей, описывающих удар, следует иметь в виду, что использование концепции эквивалентного анизотропного материала является спорным, если требуется определить напряжения в окрестности области контакта. Если тело из композиционного материала заменяется другим телом с выпуклой поверхностью, то при убывании давления площадь контакта стремится к нулю, и при малых силах размеры области контакта оказываются соизмеримыми с размерами волокон или толщиной слоев. По мере того как область контакта захватывает отдельные волокна, следует ожидать периодических изменений диаграммы деформирования. Этим можно объяснить волнообразный характер кривой, определяющей деформирование бороалю-миния с содержанием волокон 50% (рис. 25). Периодические пологие участки соответствуют радиусам площадки контакта, отличающимся на величину, равную расстоянию между волокнами (—0,1 мм). Необходимы дальнейшие экспериментальные исследования в этом направлении.

считать оправданным использование концепции разрушения С. Н. Журкова, энергия активации разрушения соответствует энергии сублимации никеля, а предэкспоненциальный коэффициент равен периоду тепловых колебаний атомов.

Использование концепции коэффициента интенсивности позволило получить решения целого ряда задач о телах с трещинами. Многие из этих решений приведены в справочниках [8, 9]. Теория Ирвина была также распространена и на анизотропные среды [10—12]. Включение эффектов пластичности в анализ разрушения [13, 14] привело к созданию довольно сложных и полезных теорий для однородных квазихрупких материалов. В 1972 г. общество ASTM официально приняло определения и методы измерения вязкости разрушения [15].

2. Использование концепции системы безопасности. Следует считать безопасность расчетным параметром.

Использование концепции предельно острых надрезов для расчетов сварных соединений на выносливость, естественно, вызывает вопрос о применимости ее в отношении элементов конструкции с трещинами. Каких-либо принципиальных препятствий здесь нет. Зная номинальное напряжение он и геометрию элемента с трещиной, можно определить коэффициент интенсивности напряжений

Использование концепции фракталов в металлургии и материаловедении, являющейся научным фундаментом получения материалов с заданными свойствами, способствует прогрессу в этом направлении. Теория фракталов переводит на более высокий уровень понятие о структуре и, что особенно важно, дает ключ к развитию фрактального материало-

Таким образом, использование концепции Орована — Ирвина позволяет, с одной стороны, сохранить решение теории упругости, с другой — получить новые эффекты, не описываемые при пулевом смещении в конце трещины. Учет второго слагаемого в .(18.1) обеспечивает конечность прочности тела при отсутствии трещины.

Погрешность зависит, разумеется, от типа рассматриваемых задач. В технологических задачах, где происходят большие пластические деформации в определенных частях тела, использование концепции жестко-пластического тела вряд ли может оспариваться. На фиг. 127 показана деформация квадратной сетки при протяжке полосы сквозь твердую конусную матрицу. Очевидно, что части полосы слева и справа от матрицы можно рассматривать как жесткие и что пластическая деформация локализована вблизи контактных плоскостей. Технологические задачи этого типа относятся к задачам установившегося пластического течения с большими деформациями (§ 49).