Относятся материалы

К свободным относятся колебания, возникающие в механизме из-за импульсного внешнего силового воздействия. Особенностью этих колебаний является то, что энергия для возбуждения колебаний вводится в систему извне, а их характер после воздействия импульса силы определяется силами упругости. Для свободных (гармонических) колебаний характерно постоянство их амплитуды через определенный период времени Т (рис. 24.1, а),

К вынужденным относятся колебания, вызываемые действием внешних сил, изменяющихся по определенному закону. Для вынужденных колебаний характерно протекание свободных колебаний одновременно с колебаниями периодического характера от внешнего возбудителя (рис. 24.2). При таких колебаниях амплитуда меняется во времени и при определенных условиях имеет тенденцию к неограниченному росту (резонансные колебания).

Механические колебания в зависимости от причин, их вызывающих, можно разделить на четыре группы: свободные, вынужденные, параметрические и автоколебания. К свободным относятся колебания, возникающие в механических системах в результате импульсного внешнего воздействия — толчка. Особенностью этих колебаний является то, что их характер после воздействия «толчка» определяется внутренними силами упругости — восстанавливающими силами, а энергия для возбуждения колебаний вводятся в систему извне.

К вынужденным относятся колебания, вызываемые действием внешних сил, изменяющихся по определенному закону. Вынужденные колебания, благодаря упругости механических систем, всегда сопровождаются свободными.

При работе с магнитными толщиномерами необходимо учитывать многочисленные факторы, влияющие на результаты измерений. К ним относятся колебания .магнитных свойств покрытия или подложки, состояние поверхности, форма изделия и др. В значительной мере влияние этих факторов обусловлено размерами и формой магнита, топографией и напряженностью магнитного поля. В связи с возросшими требованиями к точности и надежности производственного контроля толщины покрытий резко возросли требования к их метрологическому обеспечению.

второй — вибрационные высокочастотные нагрузки. К этому классу относятся колебания, связанные с различными срывными аэродинамическими явлениями (бафтинг, маховая тряска и др.), воздействием силовой установки, работой различных агрегатов и др. Эти нагрузки имеют частоты от нескольких единиц до нескольких сотен герц.

Динамические явления и процессы, происходящие в деформируемых системах, весьма разнообразны. К числу основных их типов относятся колебания и удар.

К первой группе относятся колебания, вызванные дефектами передач станка: перекосом осей, сшивками ремней, погрешностями зубчатых колес, повышенными люфтами, дисбалансом вращающихся деталей станка, заготовок, приспособлений, инструментов, фрез, шлифованных кругов, резьбовых головок и т. п., а также колебаниями, передаваемыми на станок извне, от других работающих машин.

К гидродинамическим колебаниям относятся колебания скорости, давления, плотности среды или колебания самого тела; к тепловым — колебания температуры среды, температуры поверхности тела, теплового потока на поверхности тела или тепловыделения в среде.

При анализе нестационарных турбулентных потоков необходимо, как и в случае анализа процесса теплообмена, выделить две области возможных частот колебаний: низкочастотные и высокочастотные. К низкочастотным колебаниям относятся колебания, частота которых много меньше, чем основная (или низшая) частота турбулентных пульсаций.' К высокочастотным колебаниям следует отнести колебания, частота которых соизмерима или больше основной частоты турбулентных пульсаций.

Формы колебаний лопаток разделяются на группы. К первой группе относятст формы колебаний, в которых сама лопатка имеет один узел колебаний в заделкг (рис. 20, а). Ко второй группе относятся колебания, при которых лопатка имеет дв^ узла колебаний (рис. 20, б), и т. д. Случай т = 0 соответствует синфазным колебаниям. При нечетном числе лопаток только частота синфазной формы колебаний некратная. Остальным частотам в каждой группе соответствуют две линейно-независимые формы. При четном числе лопаток существует еще одна некратная частота,

Вторая группа материалов неорганического происхождения -~ искусственные силикатные материалы, к числу которых относятся разчпчные материалы, обладающие самыми разнообразными свойствами, нашли широкое применение в большинстве химических производств в качестве кислотостойких материалов. К этим материалам относятся материалы, получаемые плавлением горных пород и других веществ или методом их спекания. Искусственные силикатные материалы применяются в виде самостоятельных конструкционных материалов или в виде футеровочпых материалов.

К ним относятся материалы, состоящие из высокотвердых и тугоплавких карбидов вольфрама, титана, тантала, соединенных металлической связкой.

Перекрестная укладка одинакового числа слоев в двух направлениях образует композиционные материалы с ортотропией в осях, направленных вдоль биссектрис угла между волокнами в соседних слоях. Материалы с переменным углом укладки по толщине одинакового числа слоев в направлениях 0, 60 и 120° условно называют материалами звездной укладки (1:1: 1). Они являются изотропными в плоскостях, параллельных плоскостям укладки слоев. Трансверсально-изотропными являются и многонаправленные материалы, в которых одинаковое число слоев укладывается в направлениях, я/n, 2л/п, ..., л, (п ^> 3), а также хаотически армированные в одной плоскости короткими волокнами. При использовании в качестве арматуры обычных однослойных тканей получаются композиционные материалы со слоистой структурой (тек-столиты). Возможны различные комбинации структур: ткань может быть уложена так, что направления основы во всех слоях совпадают или между направлениями смежных слоев образуется некоторый заданный угол. Кроме того, угол укладки и число слоев по толщине материала могут изменяться. В зависимости от этого можно выделить три основных вида слоистых структур: симметричные, антисимметричные и несимметричные. К первому виду относятся материалы, обладающие симметрией физических и геометрических свойств относительно их срединной плоскости, ко второму виду — материалы, обладающие симметрией распределения одинаковых толщин слоев, но угол укладки волокон (слоя) меняется на противоположный на равных расстояниях от срединной плоскости. К несимметричным структурам относятся материалы, не обладающие указанными выше свойствами.

К первой группе относятся материалы, пространственные связи в которых образуются за счет искривления всех или части волокон одного из. направлений. Эти материалы создаются по традиционной системе двух нитей: искривленных нитей основы и прямолинейных нитей утка. Эта группа подразделяется на несколько подгрупп. В основу деления положен принцип соединения прямолинейных волокон утка по толщине композиционного материала; соединение может быть одноразовым , и повторяющимся. Для одноразового соединения характерно пронизывание волокнами основы всей толщины материала, а для повторяющегося —: лишь части его, т. е. волокна основы соединяют лежащие рядом волокна, утка по высоте материала или соединение осуществляется через одно, два и более волокон утка.

Ко второй группе относятся материалы, пространственные связи которых создаются за счет введения волокон третьего направления. Эти композиционные материалы образуются системой трех нитей в прямоугольной или цилиндрической системе координат. Волокна могут быть взаимно ортогональными в трех направлениях или располагаться под углом в одной из плоскостей армирования.

К третьей группе относятся материалы, пространственные связи в которых создаются системой п нитей. Часть нитей имеет взаимно ортогональное расположение в трех направлениях, а часть располагается под углом в плоскостях.

Существование зависимости процесса роста трещины одновременно от двух параметров цикла нагружения в виде размаха и максимальной величины КИН подтверждается анализом условий зарождения усталостной трещины с точки зрения анализа комбинации пороговых величин (Ki)tf, и (&Ki)th [26, 27, 28]. В зависимости от асимметрии цикла нагружения у всех материалов имеет место гиперболическая зависимость между пороговыми КИН в связи с изменением асимметрии цикла нагружения (рис. 6.9). Существует пять классов материалов по чувствительности размаха КИН к положительной асимметрии цикла. Первый класс характеризуют материалы, у которых пороговый размах КИН не зависит от асимметрии цикла в интервале 0 < R < 1. Материалы со второго по четвертый класс имеют снижение размаха КИН до достижения некоторой пороговой величины асимметрии цикла. Далее достигнутая пороговая величина КИН (Л/Q остается неизменной. К пятому классу относятся материалы, у которых пороговый КИН возрастает при увеличении асимметрии цикла нагружения.

К композициям относятся материалы, армированные волокнами или частицами, керамики, конгломераты и т. д.

Обращаясь теперь к термореологически сложным материалам (ТСМ), вспомним, что в разд. II, Г рассматривались два типа таких композитов, обозначенные как ТСМ-1 и ТСМ-2. К первому из них по определению относятся материалы, у которых две или несколько фаз в некоторой области изменения температур являются термореологически простыми (ТПМ), но с различными коэффициентами смещения ст. Поведение таких композитов (ТСМ-1) при различных температурах для изотермических процессов исследовалось многими авторами. Например, Халпин [40] рассмотрел композит, состоящий из двух высокоэластичных компонентов с различными температурами стеклования ( — 29 °С и — 75 °С). В работе [30] было изучено поведение двухфазных, относящихся к ТСМ-1 блок-сополимеров при различных постоянных температурах. К сожалению, мне не известны какие-либо исследования для нестационарных температурных режимов. Это особенно сложный случай, ибо здесь не применим принцип соответствия. Правда, выражение механических характеристик композита через характеристики его фаз можно, конечно, получить непосредственно численным решением соответствующих уравнений для каждой истории изменения температуры.

Своим возникновением и развитием легкие композиционные материалы обязаны требованиям и во многом поддержке со стороны авиационно-космической промышленности. В настоящее время к важнейшим из них относятся материалы, получаемые путем сочетания армирующих волокон, освоенных в промышленном производстве и выпускаемых с гарантированными в определенных пределах показателями свойств, с различными матрицами. Такие материалы представлены в табл. 1 в сравнении с алюминием и титаном и обсуждаются в последующих разделах.

ной их комбинации является метод создания разнообразных композитных материалов. Здесь кратко обсуждаются лишь жаропрочные металлические композитные материалы, упрочненные волокнами тугоплавких металлов или металлическими или керамическими усами. К отмеченной группе материалов относятся материалы, полученные на основе металлической матрицы (из суперсплава, содержащего Ni, Fe, Co), армированной включениями из тугоплавких металлов. Волокна последних в матрице получаются путем вытягивания матрицы, первоначально имеющей сферические включения из тугоплавких металлов. Существует и другой метод — метод выдавливания основного и армирующего металлов.