Перспективных материалов

Авторы последних двух томов — по замечанию их составителя ведущего специалиста NASA в области механики композиционных материалов Кристоса К. Чамиса — хотели бы видеть в этих книгах стартовую площадку для лиц, начинающих свой путь в механике и технологии композитов. Для специалистов нашей страны стартовой площадкой служит богатая отечественная научная литература. Однако использование опыта ведущих американских организаций в указанной области, несомненно, будет способствовать еще более широкому внедрению современных перспективных композиционных материалов в самые различные области техники. Именно это позволяет рекомендовать указанные книги советскому читателю.

Это привело к созданию в последние годы новых, или как их называют авторы, усовершенствованных или перспективных композиционных материалов, армированных высокомодульными уг-

Можно не сомневаться, что в будущем будут производиться более безопасные, обладающие повышенными летными качествами легкие самолеты. Основные их агрегаты будут отформованы из перспективных композиционных материалов на основе полимерных матриц в сочетании с углеродными и органическими (PRD) волокнами. Удельная (в пересчете на единицу массы) стоимость этих самолетов будет снижена благодаря усовершенствованию технологии изготовления. При этом безопасность будет значительно улучшена вследствие использования ударопрочных конструкций, изготовленных из композициенных материалов.

цией 0° и сдвоенного слоя с ориентацией ±45° [12]. Аналогичный подход использован при построении графика допустимых сложных нагрузок для такой же композиции на рис. 2. (Справочник конструктора перспективных композиционных материалов [1]).

В ноябре 1971 г. для НАСА велись работы по 25 контрактам, имевшим целью разработку перспективных композиционных материалов для программы «Спейс Шатл».

Были начаты исследования с целью выяснить возможности использования перспективных композиционных материалов для изготовления подмоторного бруса (балки) центрального двигателя ступени «Сатурн S-II» [13]. Критичными для этого бруса параметрами являются прочность, жесткость и частота собственных колебаний. При работе двигателя он работает как стойка, передавая тягу центрального двигателя на лонжероны тягового конуса ступени и создавая реакцию радиальным ударным нагрузкам, возникающим при приложении к конусу тяги внешних двигателей. Существующий в настоящее время алюминиевый брус состоит из точеных центральных фитингов, четырех пар лучевых радиальных опор («осьминога») и точеных концевых фитингов для соединения с конусом. Лучевые опоры двутаврового сечения собираются на заклепках из тавровых полок и сотовой стенки. Ширина полок и толщина бруса уменьшается пропорционально расстоянию от осевой линии. Механическое соединение полок лучей с прилегающими узлами производится при помощи накладок и болтов.

Отделение перспективных композиционных материалов

Современное состояние производства перспективных композиционных материалов позволяет ограниченно использовать их в се-

Этот подход отличался от ранее используемого при финансируемом правительственном внедрении титана, где усилия были направлены прежде всего на создание материальной базы производства. Однако при исследованиях титана возникали проблемы, отличающиеся от проблем исследования перспективных композиционных материалов.

Несмотря на имеющуюся теоретическую и производственную базу по выпуску стеклопластиков и связующих, многие вопросы технологии и производства перспективных композиционных материалов изучались специально, особенно много внимания было уделено вопросам разработки и изготовления. Все проводимые исследования были сосредоточены на решении этих проблем, в результате чего была достигнута необходимая взаимосвязь между материалом, проектом и производством.

Ввиду несомненных преимуществ перспективных композиционных материалов исследовали целый ряд деталей самолета, в частности фюзеляж, детали агрегатов реактивного двигателя, лопасти винтов вертолета.

тов являются новым видом перспективных материалов с сочетанием необычных физико-механических свойств — статической и динамической прочности, жаропрочности, демпфирующей способности, радиационной стойкости, износостойкости и др.

Важнейшей задачей современного строительного материаловедения является создание новых высокоэффективных и экономичных композиционных материалов с заранее прогнозируемыми прочностными и Эксплуатационными свойствами. К группе таких перспективных материалов принадлежит и ^иеталлобетоны, удачно сочетающие пластичную металлическую матрицу и твердые и прочные армирующие компоненты (гранулы горных пород и минералов, отходы производств разнообразных форм и размеров). Решение ;шдачи по созданию композитов подобного класса связано с изучение процессов самоорганизации, устойчивости И распада различных неравновесных систем, К которым могут быть отнесены и метолл&бетошше строительные композиции.

Графит -один из перспективных материалов высокой жаропрочности Уникальной особенностью графита является увеличение модуля упругости и прочности при нагреве. До температуры 2200...2400 °С прочности графита повышается максимально на 60% и лишь при более высоких температурах ок теряет прочность. Графит, не плавясь, возгоняется при температуре около 3800 °С. При нагреве графит мало расширяется, хорошо проводит тепло и поэтому устойчив против тепловых ударов.

Справочник обобщает опыт, накопленный при создании и исследовании пространственно-армированных композиционных материалов на основе полимерной матрицы. Главная цель книги — оценить конструкционные возможности существующих и перспективных схем пространственного армирования, знание которых должно способствовать более, широкому и рациональному применению этих перспективных материалов в ответственных конструкциях.

Одним из наиболее перспективных материалов для покрытия графита является карбид ниобия.

/ — более эффективное использование традиционных материалов, таких, как алюминий и полихлорвиниловая пена, и более целенаправленное использование перспективных материалов, например волокнистых композиционных материалов; // — применение эффективных процессов соединения, таких, как склейка, и новые методы изготовления, например, автоматическая прокатка, экструзия и намотка волокон; /// — развитие новейших идей использования конструкционных материалов, обеспечивающих одновременно сопротивляемость распространению трещины, стойкость при катастрофах и другие характеристики, а также упрощающих изготовление и снижающих затраты; IV — результат взаимосвязи: усовершенствование подсистем транспортных средств (корпуса, передачи, мосты и др.), характеризующееся снижением массы, затрат на изготовление, требований к мощности двигателя и тормозному оборудованию, а также повышением срока службы, безопасности, надежности, способности к вторичной переработке

На рис. 10 показаны и кратко описаны три конструктивных решения оконных стоек из перспективных материалов. Условия их нагружения описаны в табл. 3, 4. (Поезд будущего, Министерство транспорта, АСТ-1.)

В некоторых областях широко используются трехслойные конструкции с сотовым заполнителем и металлической обшивкой. Иногда в этих случаях возможно применение перспективных материалов путем простой замены обшивки конструкции с сотовым заполнителем на слоистые композиционные материалы. Необходимо, конечно, обращать особое внимание на кромки, конфигурацию и методы соединения, чтобы обеспечить совместимость деталей с учетом термоупругих свойств материалов. Это очевидно из диаграммы, приведенной на рис. 3 [7].

В целом следует отметить, что небольшой объем книги буквально насыщен информацией и многочисленными экспериментальными данными, заимствованными из источников, трудно доступных советскому читателю. Полезно и указание областей, наиболее перспективных для исследования. От лучшего и, возможно, более полного понимания природы прочности композитов зависит дальнейший прогресс этих несомненно перспективных материалов. Все сказанное позволяет надеяться, что эта книга представит большой интерес для советских читателей.

Весьма полезным для выбора перспективных материалов может оказаться построение дерева целей. Фактически дерево является единственным способом реализации системного подхода к исследованию взаимосвязей всей совокупности уровней решаемых задач. При этом на каждом уровне должны быть довольно точные данные о том, какие научно-технические системы способствуют выполнению поставленных задач, какие подсистемы потребуются для них, какие недостатки технологии можно устранить и какие программы исследований и разработок для этого требуются. В большинстве случаев прогноз, разработанный с помощью дерева целей, носит качественный характер.

В основу построения прогнозной модели выбора перспективных материалов положен метод нормативного технологического прогнозирования, заключающийся в построении нормативной оцелки будущих состояний объекта, а затем в определении действий, направленных на достижение поставленных целей (схема 18). Прогноз событий в основном осуществляется с помощью метода Дельфи.