Материалов рассмотрим

Изотропные материалы, свойства которых не зависят от направления. Из неметаллических материалов, чаще всего подвергаемых контролю, выделяют гомогенные (однородные) материалы, в том числе аморфные (стекло, резина, пластмасса) и мелкодисперсные (керамика, металлокерамика). От них существенно отличаются гетерогенные (разнородные) материалы и материалы с крупнозернистой структурой: горные породы, бетон, асфальт. Акустические свойства изотропных материалов рассмотрены в § 1.1 и 1.2. По акустическим свойствам к металлам приближаются стекло и некоторые виды керамики (фарфор, пьезокерамика). В большинстве других изотропных неметаллических материалов скорость акустических волн существенно меньше, а коэффициент затухания больше, чем в металлах. Затухание очень велико в гетерогенных материалах.

Учебное пособие содержит систематизированные сведения и положения трибофизики конструкционных и инструментальных материалов, включая сведения о материалах трнбосистем и триботехнологиях, строении и свойствах обработанных новерхносгей, контактном взаимодействии, физике и основных видах изнашивания материалов. Рассмотрены физические основы структурной модификации, структурно-фазовые превращения и изменения триботехнических свойств стали, цветных и твердых сплавов, полимерных материалов при традиционных и новых методах высокоэнергетической модификации материалов. Описаны технологии и технологическое оборудование ионной, электронной, лазерной и комплексной обработок, обеспечивающих существенное повышение износостойкости модифицируемых материалов.

Наиболее полно теоретические и прикладные проблемы, касающиеся усталости материалов рассмотрены в работах В. С. Ивановой, С. В. Серенсена, И. В. Кудрявцева, В. Т. Трощенко, Л. М. Школьника и др. Выполненные разработки привели к значительным достижениям в области прогнозирования надежности и долговечности изделий, эксплуатируемых при циклическом нагружении. Однако многие вопросы остаются нерешенными. Во-первых, не выявлена до конца физическая природа усталости материалов, во-вторых, не известно точное распределение нагрузки в узлах конструкций, в-третьих, отсутствуют достаточно точные способы расчета действительных коэффициентов концентрации напряжений, в-четвертых, не ясно влияние масштабного и других факторов, снижающих циклическую прочность материала [45].

лов. Кратко изложены некоторые вопросы теории упругости анизотропного тела. .Один из разделов посвящен анализу обобщенного закона Гука, свойствам симметрии и ограничениям, накладываемым на упругие постоянные. Приведены некоторые простые примеры, иллюстрирующие различия в поведении изотропных и анизотропных тел. Отмечается, что трудности, возникающие при описании композиционных материалов, армированных волокнами, связаны с анизотропными свойствами этих материалов. Представлен подробный вывод основного уравнения задачи Сен-Венана о кручении анизотропного тела, имеющего плоскость упругой симметрии. Это уравнение используется далее при различных методах решения. Рассмотрены примеры, характерные для композиционных материалов. Выведено основное уравнение плоской задачи для анизотропного тела, обладающего плоскостью упругой симметрии. Особое внимание уделено анализу предположений, на которых основывается описание различных форм плоской деформации. Обсуждены результаты большого количества исследований, посвященных вопросам концентрации напряжений.

Глава 2 содержит анализ современного состбяния критериев и методов оценки прочности элементов конструкций из композиционных материалов. Рассмотрены два общих аспекта этой важной проблемы. Первый включает общую характеристику композиционных материалов. Второй предусматривает анализ критериев прочности для однонаправленного слоя, исследование прочности слоистых материалов и обсуждение вопросов, нуждающихся в дальнейшей разработке.

В главе 3 приведены методы расчета стержневых систем, балок, рам и некоторых типов тонкостенных элементов из композиционных материалов. Дан обзор и анализ современного состояния строительной механики, основных концепций и методов расчета. Рассмотрены задачи статики, динамики и устойчивости. Отмечены особенности области применения и пути дальнейшего совершенствования используемых методов. Рассматриваемые вопросы иллюстрированы примерами.

В главе 4 представлен подробный обзор исследований, посвященных статике, устойчивости и динамике пластин из композиционных материалов. Рассмотрены феноменологические соотношения упругости для пластин из однонаправленных композиционных материалов, находящихся в условиях плоского напряженного состояния, матрицы жесткости для тонких слоистых пластин, теории малых и больших прогибов тонких пластин, толстые слоистые и трехслойные плиты. Для всех типов пластин приведены основные гипотезы, теоретические соотношения, подробно рассмотрены различные частные случаи. Анализ дан в предположении, что материал линейно упругий и установлены случаи, для которых это предположение нарушается.

* Стержни из композиционных материалов рассмотрены в книгах: Малмейстер А. К., Тамуж В. П., Тетере Е. А. Сопротивление жестких полимерных материалов. Изд. 2-е, Рига, «Зинатне», 1972, 500 с.; Сопротивление стеклопластиков. М., «Машиностроение», 1968, 254, Авт.: В. Л. Важанов, И. И. Гольденблат, В. А. Копнов, А. Д. Поспелов, А. И. Синшков; Таряо-польский Ю. М., Розе А. В. Особенности расчета деталей из армированных пластиков. Рига, «Зинатне», 1969, 276 с.

Методы расчета трехслойных балок из композиционных "материалов рассмотрены в ряде работ [23, 51, 69, 92], где на основе системы упрощающих гипотез выводятся основные уравнения движения. Однако вследствие сложности этих уравнений общее решение, как правило, получить не удается (за исключением балок со специальными условиями опирания).

* Методы оптимизации конструкций из композиционных материалов рассмотрены в книге: Образцов И. Ф., Васильев В. В., Бунакоа В. А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. М., «Машиностроение», 1977, 144 с. (Прим. ред. пер.).

Кратко изложены некоторые вопросы теории упругости анизотропного тела. Один из разделов посвящен анализу обобщенного закона Гука, свойствам симметрии и ограничениям, накладываемым на упругие постоянные. Приведены некоторые простые примеры, иллюстрирующие различия в поведении изотропных и анизотропных тел. Отмечается, что трудности, возникающие при описании композиционных материалов, армированных волокнами, связаны с анизотропными свойствами этих материалов. Представлен подробный вывод основного уравнения задачи Сен-Венана о кручении анизотропного тела, имеющего плоскость упругой симметрии. Это уравнение используется далее при различных методах решения. Рассмотрены примеры, характерные для композиционных материалов. Выведено основное уравнение плоской задачи для анизотропного тела, обладающего плоскостью упругой симметрии. Особое внимание уделено анализу предположений, на которых основывается описание различных форм плоской деформации. Обсуждены результаты большого количества исследований, посвященных вопросам концентрации напряжений.

Рассмотрим основные пути экономии материалов.

При расчете необходимо использовать определенные технологические факторы и исходные физические свойства применяемых материалов. Рассмотрим их.

Рассмотрим задачи динамики, решаемые в сопротивлении материалов. К ним относятся расчеты с учетом сил инерции, расчеты при действии ударной нагрузки и при колебаниях конструкций (последние изучаются в более подробных курсах, и мы их рассматривать не будем).

Методы свободных колебаний рассмотрены в ш 2.6.1. Там же приведены примеры их использования для контроля неметаллических материалов. Рассмотрим подробнее локальный метод свободных колебаний.

Для сравнения упругих характеристик указанных материалов рассмотрим зависимости (5.17), (5.18). При Ц? = const и Ц1 = Х2 из разложения этих зависимостей по степеням параметра (Х3. удержав линейные члены, получим следующие выражения для отношения модулей упругости и сдвига трехмерно-армированных и слоистых материалов:

Рассмотрим некоторые классические критерии пластичности и хрупкого разрушения, разработанные для однородных металлов и являющиеся основой для построения распространенных критериев прочности для композиционных материалов. Несмотря на то, что природа текучести и хрупкого разрушения существенно различна, один из рассмотренных ниже критериев пластичности послужил основой для построения нескольких критериев хрупкого разрушения композиционных материалов.

Проведенные выше рассуждения можно применить к эффективным коэффициентам теплового расширения термореологически простых материалов. Рассмотрим, например, полученное Шепери [88] выражение для коэффициента линейного расширения вдоль волокон двухфазного однонаправленного волокнистого композита

Для выяснения основных особенностей дефектной структуры ИПД материалов рассмотрим прежде всего результаты, полученные на чистых металлах и/или однофазных сплавах, где нет усложняющего влияния вторых фаз.

Для сравнения упругих характеристик указанных материалов рассмотрим зависимости (5.17), (5.18). При Ц? = const и Ц1 = Х2 из разложения этих зависимостей по степеням параметра (Х3. удержав линейные члены, получим следующие выражения для отношения модулей упругости и сдвига трехмерно-армированных и слоистых материалов:

Для анализа явлений и установления некоторых зависимостей, касающихся механики сыпучих материалов, рассмотрим элементарную площадку в некоторой точке сыпучей среды. Действующее в данной точке напряжение может быть разложено на нормальную з„ и касательную тл составляющие; они, согласно экспериментальным данным, связаны между собой при нарушении равновесия линейной зависимостью:

Рассмотрим теперь влияние движения газов на движение материалов в слое. Если при отсутствии газового потока движение материала происходит под действием силы тяжести в условиях преодоления сил внутреннего и внешнего трения, то теперь появляется новый фактор — противодавление газов. Физически противодавление газов выражается в том, что встречный поток оказывает на противостоящую потоку поверхность давление, зависящее от количества движения потока и равное