Перекрестным расположением

В работах Уитни и Лейсса [185, 186] представлено замкнутое решение задачи устойчивости шарнирно опертой прямоугольной пластины с произвольной схемой расположения слоев при сжатии в двух направлениях (как частный случай получен результат для одноосного сжатия). Из этого решения следует, что эффект связанности плоского и изгибного состояний является существенным. Например, при ETJET — 40 для двухслойной пластины с перекрестным армированием под углами ±45° критическая нагрузка при одноосном сжатии составляет всего около 37% от критической для пластины такой же толщины, но с четырьмя

Рис. 36. Нагрузка, передаваемая соединением. Материал среднего слоя: стеклошпон Scotchply XP 2515 Unit и стеклопластик с перекрестным армированием. Материал крайних слоев такой же, как и в среднем слое; алюминий 7075—Т (плакированный) и кордовая ткань 5-293 75 ?81 1-550: 1 — 3, 4 слоя; ,2 — 9 слоев; 3 — 12, 14 слоев; 4 — 18 слоев; 5 — средний склеиваемый слой; 6 — клей AF-126; 7 — крайние

Микроисследование образцов после удара показало, что число разрывов нити повышается с повышением скорости удара. Наблюдалось разрушение отстоящих достаточно далеко друг от друга нитей, параллельных близко расположенных нитей, а также перекрестно расположенных под прямыми углами. Композит с перекрестным армированием, однако, более восприимчив к разрушению в условиях удара, особенно в местах пересечения нитей. В результате мощного ударного нагружения волокна могут разрушаться на участках с малым отношением размеров (l/d), становясь, таким образом, менее эффективными в качестве несущих элементов. Зона перехода, указанная на рис. 39, есть область, внутри которой значительная часть первоначально непрерывных

Точечная сварка боралюминия. Точечная сварка является одним из наиболее надежных и дешевых способов соединения боралюминиевых композиций как между собой, так и с алюминиевыми сплавами. Высокое качество и надежность соединения объясняются тем, что волокна в месте сварки не перерезаются и не подвергаются длительному воздействию высоких температур. Для точечной сварки используют обычную сварочную аппаратуру. Режимы сварки легко контролируются. Наличие борных волокон резко снижает тепло- и электропроводность материала по сравнению с алюминием, волокна препятствуют свободному распределению расплава и формированию ядра. Тем не менее была разработана технология точечной сварки боралюминия, позволяющая получать прочные соединения [151]. Производилась сварка одноосноармированного боралюминия (50 об. % волокна), боралюминия с перекрестным армированием (45 об. % волокна) и алюминиевого сплава 6061 в различных сочетаниях.

Боралюминиевые листы с перекрестным армированием толщиной 0,6 мм приваривали друг к другу примерно при тех же режимах, что и Одноосноармированные.

При сварке одноосноармированного листа толщиной 0,6 мм с листом с перекрестным армированием (б = 0,825 мм) радиус

Средняя прочность сварной точки при сварке одноосноармиро-ванных боралюминиевых пластин толщиной 0,5 мм между собой составила 90% от прочности боралюминия эквивалентного сечения. Прочность соединения боралюминия с перекрестным армированием выше по сравнению с одноосноармированным. Прочность многоточечного соединения составляет 70% прочности композиционного материала.

Эвтектические композиционные материалы А1—AljNi, Al—СиА12 хорошо свариваются методом диффузионной сварки и обрабатываются холодной пластической деформацией. Диффузионную сварку можно вести при 525 °С и получать листы с перекрестным армированием.

Материалы с перекрестным армированием используют в конструкциях типа оболочек, в секциях крыльев, хвостового оперения и фюзеляжа самолетов. Из этих материалов производят плиты, трубы, корпуса ракет и твердотопливных двигателей, сосуды высокого давления, лопасти вертолетов, радиолокационные обтекатели, топливные баки, пресс-формы, изоляторы для электродвигателей и трансформаторов, футеровку емкостей для химического машиностроения и другие изделия для различных областей техники.

Соединение с помощью болтов и заклепок менее эффективно, чем соединение, полученное точечной сваркой. Сверление отверстий неизбежно связано с разрушением волокон, и прочность таких соединений зависит от прочности материала матрицы. Прочность болтовых и заклепочных соединений повышают дополнительным перекрестным армированием их фольгой из коррозионностойких сталей, сплавов. Во избежание поломок волокон (например, борных) внешний слой матрицы должен быть не очень тонким. Величина усилия натягивания болтов и заклепок контролируется и устанавливается в зависимости от качества соединяемых материалов.

Эвтектические композиционные материалы А1—Al3Ni, A1—СиА12 хорошо свариваются методом диффузионной сварки и обрабатываются холодной пластической деформацией. Диффузионную сварку можно вести при 525 °С и получать листы с перекрестным армированием.

Для материала с перекрестным расположением волокон прочность болтовых и клепаных соединений значительно выше и зависит от схемы армирования.

Значительно легче осуществляется процесс формообразования боралюминия с перекрестным расположением волокон, если ось изгиба не перпендикулярна к одному из направлений волокон. Наличие пластичной матрицы, обеспечивающей деформацию скольжением, использование металлических прокладок для смещения нейтральной оси позволяют достичь критического радиуса до пяти толщин деформируемого материала. Основными факторами, определяющими величину критического радиуса, являются температура формообразования (450° С и выше) [222], время выдержки под давлением и скорость охлаждения. Последние два фактора определяют величину угла пружинения материала.

** Буковая фанера, пропитанная фенольной смолой, с перекрестным расположением слоев.

Практика эксплуатации однонаправленных слоистых пластиков показала возможность успешного использования обычных связующих без добавки пластификатора. В слоистых пластиках с перекрестным расположением волокон, по-видимому, возможна реализация способности матрицы к некоторой деформации без разрушения при 4 К, особенно при усталостном нагружении.

Макромеханика композиционных материалов по ключевым характеристикам механических свойств, полученным при испытании на растяжение, сжатие и на сдвиг тонких плоских образцов однонаправленных материалов, позволяет рассчитать прочностные и упругие свойства композитов с перекрестным расположением слоев [3, 4]. Ключевыми свойствами являются упругие константы Е\\, ЕЮ, vi2, Gi2 и характеристики прочности сгц и сг22. В отдельных случаях необходимы характеристики пластичности ей, е22 и Ti2. Использованные обозначения ориентировок показаны на рис. 1.

Для получения С. о. и изделий из них используются покрытые связующими нити, жгуты, а также листы и ленты с параллельным и перекрестным расположением волокон. Изделия из С. о. получают намоткой, протяжкой, прессованием, формованием на моделях. С. о. применяются в качестве высокопрочных конструкц. элементов: обшивок, в т. ч. в трехслойных панелях и оболочках; деталей авиаконструкций; цилиндрич. и профильных изделий различного назначения; емкостей; балок; деталей машиностроения. Большая уд. прочность С. о. обусловливает перспективность их применения в авиа- и ракетостроении. Благодаря высоким диэлектрич. хар-кам С. о. могут применяться в электро- и радиотехнике, в частности в виде фольгированных листов, листов для плат печатных схем. Тонкий (15—20 Мк) электроизоляц. стеклошпон с перекрестной структурой используется в качестве межвитковой, пазовой и межслоевой изоляции и позволяет значительно сократить вес и габариты различных электромашин, радио- и электроаппаратуры. Подробнее физико-механич. св-ва С. о. см. Стеклопластики.

ФАНЕРА — листовой древесный материал — плоский лист, получаемый склеиванием трех или более слоев преим. лущеного шпона с перекрестным расположением волокон древесины. Наружные слои наз. рубашками, внутренние —• сре-динками. Лицевая рубашка изготовляется из лучшей по качеству древесины. Отд. слои Ф. могут быть выполнены из металла, торфа и др. материалов. Ф. изготовляется из березы, ольхи, сосны, кедра, ясеня, бука. Чтобы исключить коробление и растрескивание, лист Ф. формируют так, чтобы симметрично расположенные слои шпона были из одной породы древесины и одинаковой толщины. По способу произ-ва различают Ф. сухого горячего, сухого холодного и сырого горячего склеивания, а по толщине слоев — равнослойную и неравнослойную. В зависимости от назначения Ф. подразделяется на обычную строительную (или рядовую), специальную, бакелизированную, облицованную с одной или двух сторон строганым шпоном из ценных древесных пород и декоративную. По размерам листа различают Ф.: квадратную, продольную (долевую), в к-рой размер по длине волокон древесины рубашек больше, чем по ширине (напр., 1525 X 1220 мм), и поперечную, в к-рой размер поперек волокон древесины рубашек больше, чем вдоль (напр., 1220 X Х1525 мм). Наиболее ходовыми размерами Ф., вырабатываемой заводами СССР, являются: 1525 X 1525 мм и 1525 X 1220 мм.

Фанера — листовой древесный материал, получаемый склеиванием трех или более слоев шпона (преимущественно лущеного) с перекрестным расположением волокон древесины.

К клееной древесине относят изделия, полученные склеиванием древесных заготовок в одно монолитное изделие. Наиболее распространенными клееными изделиями являются фанера п фанерные плиты, т. е. плоские изделия, полученные склеиванием трех и более нечетных слоев шпопа преимущественно с перекрестным расположением древесины шпона. Наружные облицовочные слои шпопа называют рубашками, а внутренние — серединками. Подобными

Регулирование степени анизотропии и свойств материалов в плоскости армирования достигается перекрестным расположением армирующих слоев. При ортогональной схеме укладки слоев прочность \<3х, Оу) и модуль упругости (Ех, Еу) пропорциональны объемному содержанию волокон в направлении армирования.

Композиционным материалам с однонаправленным и перекрестным расположением волокон, когда необходимая толщина изделия создается последовательной укладкой армирующих слоев,. присущи низкая сдвиговая и низкая трансверсальная прочность. Модуль упругости и предел прочности при межслойном сдвиге и поперечном растяжении— сжатии в таких композициях более чем на порядок отличаются от модуля Юнга и прочности в направлении армирования. В ряде случаев эта особенность может препятствовать реализации высоких прочности и жесткости композиций в конструкциях. Повышение прочности сцепления матриц с волокнами путем их поверхностной обработки способствует увеличению прочности материала при сдвиге и сжатии, но не является эффективным средством повышения упругих характеристик при этих видах нагружения. Существенное возрастание жесткости и прочности при межслойном сдвиге, а также сопротивления материала поперечному отрыву достигается созданием в нем поперечных связей. Материалы с пространственно сшитой арматурой (многослойные ткани), используют при создании стеклопластиков и органоволокнитов. Основной недостаток их — значительное искривление волокон основы, что приводит к резкому снижению характеристик механических свойств композиций в этом направлении. Для высокомодульных углеродных и борных волокон наиболее приемлема схема трехмерного армирования изотропных текстильных материалов ИТМ, при которой волокна сохраняют прямолинейность. В этом случае в разных направлениях могут быть уложены различные волокна, благодаря чему образуется многокомпонентный материал.