Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Численный пример решения задачи
Дано: размеры детали : L= 1000 мм; S = 100 мм ; масса детали : m =520г; сила : N = 64000Н; рабочая температура: t= 350 С. Решение: Часть 1. Расчетные формулы: расчет предела прочности при растяжении: = N/ S; =64000/0,0001=640 ;
определение верхнего и нижнего значений плотности детали: = ; = кг/м ; = - 0,1 ; =5200 – (0,1 5200)=4680 кг/м ; расчет верхнего и нижнего значений удельной прочности: = ; = ; ; . Часть 2.Проектирование КМ. 2.1. Исходя из заданной рабочей температуры t = 350 С принимаем в качестве матричного материала алюминий марки АД-1 со следующими характеристиками: Н/м ; кг/м ; кДж/кг. 2.2. В качестве наполнителя принимаем совместимое с алюминиевой матрицей углеродное волокно ВМН-4, имеющее следующие характеристики: Н/м ; кг/м ; кДж/кг. 2.3. Выполняем вычисления для КМ по расчетным формулам: 2.3.1. Расчетные характеристики волокнистого наполнителя: критическая (минимальная) длина волокна: где ; ; минимальная объемная концентрация волокон: ; 2.3.2. Расчет энергетических затрат: удельные энергетические затраты на изготовление матричного материала и волокон для проектируемой детали: кДж/кг. общие энергетические затраты, включая формование (изготовление) детали способом экструзии (W = 3000 кДж/кг): ; кДж/кг. 2.3.3. Расчет плотности спроектированного КМ: ; кг/м .
2.3.4. Расчет удельной прочности спроектированного КМ: ; ; 2.4. Проверка выполнения необходимого условия для спроектированного КМ: > ; 0,271 > . Необходимое условие выполняется. Ответ. Спроектированный КМ состоит из алюминиевой матрицы АД-1 и наполнителя в виде коротких углеродных волокон ВМН -4 диаметром 6 мкм, критической длиной 22,9 мкм. Минимальная объемная концентрация волокон составляет 33,9 %. Данный КМ имеет расчетные плотность 2360 кг/м и удельную прочность 0,271 10 Н м/кг. 7.3. Промышленные композиционные материалы с волокнистыми наполнителями. В качестве промышленных КМ получили наибольшее применение материалы на основе неметаллических матриц. Это композиции, состоящие из отверждаемой синтетической смолы (олигомера) и волокон стекла, бора, синтетических волокон, керамических и др. В зависимости от материала наполнителя такие КМ называют стекловолокнитами (стеклопластиками), бороволокнитами, органоволокнитами, карбоволокнитами. Стекловолокниты – композиция, состоящая из синтетической смолы, являющейся связующим, и стекловолокнистого наполнителя. В качестве наполнителя применяют непрерывное или короткое волокно из силикатного стекла. Лучшие свойства у бесщелочных стекол алюмоборосиликатного состава. Для практических целей используют волокно диаметром 5…20 мкм с до 3800 МПа и = 2,0…3,5 %. Неориентированные стекловолокниты содержат в качестве наполнителя короткое волокно. Это позволяет прессовать детали сложной формы с металлической арматурой. Материал получается с изотропными прочностными характеристиками, намного более высокими, чем у пресс- порошков. Представителями такого материала являются стекловолокниты АГ- 4В. Ориентированные стекловолокниты имеют наполнитель в виде длинных волокон, располагающихся ориентированно отдельными прядями и тщательно склеивающихся связующим. Это обеспечивает более высокую прочность стеклопластика. Стекловолокниты могут работать при температурах от -60 до 200 С, а также в тропических условиях, выдерживать большие инерционные перегрузки. Бороволокниты имеют в качестве матриц эпоксидные и полиимидные смолы, подвергающиеся отверждению. Наполнителем являются волокна бора. Выпускаются бороволокниты марок КМВ -1м, КМБ -1к, КМБ -2к, КМБ -3к. Разные марки таких КМ работоспособны при температурах от 100 до 300 С. Предел прочности при растяжении составляет 900…1300 МПа, ударная вязкость равна 78…110 кДж/м . Бороволокниты обладают высоким сопротивлением усталости, они стойки к воздействию радиации, воды, органических растворителей и горюче- смазочных материалов. Изделия из бороволокнитов применяют в авиационной и космической технике (профили, панели, роторы и лопатки компрессоров, лопасти винтов и трансмиссионные валы вертолетов и т. д.). Органоволокниты в качестве матрицы используют термореактивные смолы: эпоксидные, полиимиды и др., проходящие отверждение. Наполнителем являются органические синтетические волокна. Используются эластичные волокна: капрон, лавсан, нитрон и жесткие волокна: винол, ароматический полиамид и др. Органоволокниты с наполнителем из эластичных волокон имеют предел прочности при растяжении 100…190 МПа, относительное удлинение 10…20%. В случаях применения жестких волокон прочность возрастает до 650…700 МПа, а относительное удлинение снижается до 2…5%. Органоволокниты устойчивы в агрессивных средах и во влажном тропическом климате; диэлектрические свойства высокие, а теплопро- водность низкая. Большинство органоволокнитов может длительно работать при температуре 100…150 С. Органоволокниты применяют в качестве изоляционного и конструкционного материала в электрорадиопромышленности, авиационной технике, автостроении; из них изготовляют трубы, емкости для реактивов, покрытия корпусов судов и др. Карбоволокниты (углепластики) состоят из эпоксидных и др. смол, подвергаемых отверждению (матрица), и волокнистого наполнителя в виде углеродных волокон. Для предохранения от окисления поверхность волокон покрывают защитными покрытиями. Такие материалы выпускают марок КМУ -1 л, КМУ -2 л и др. Высокая энергия связи С-С углеродных волокон позволяет им сохранять прочность при очень высоких температурах (в нейтральной и восстановительной средах до 2200 С). Композиционные материалы на основе металлических матриц с волокнистыми наполнителями. У таких материалов матрицами являются алюминий, магний, никель и др. Для упрочнения алюминия, магния и их сплавов применяют борные ( =2500…3500 МПа, Е= 38…420 ГПа) и углеродные ( =1400…3500 МПа, Е= 160…450 ГПа) волокна, а также волокна из тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов и оксидов), имеющих высокие прочность и модуль упругости. Так, волокна карбида кремния диаметром 100 мкм имеют =2500…3500 МПа, Е=450 ГПа. Нередко используют в качестве волокон проволоку из высокопрочных сталей. Повышение жаропрочности никелевых сплавов достигается армированием их вольфрамовой или молибденовой проволокой. Металлические волокна используют и в тех случаях, когда требуются высокие теплопроводность и электропроводимость. Механические свойства некоторых КМ даны в табл.27. Таблица 27 |
||
Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 419. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |