75.Методика проведения расчета на устойчивость цилиндрической оболочки с использованием конечно-элементных пакетов.

Данные: радиус оболочки, 0,25 м; длина оболочки, 1м; толщина оболочки, 0,001 м; модуль упругости оболочки, 2,0 10⁵МПа; коэффициент Пуассона оболочки, 0,3.

1. Выбор типа задачи (Выбирается прочностная задача механики деформированного твердого тела).

2. Определение типа КЭ и его опции.

3. Определение физико-механических свойств оболочки (опр-е св-в материала: модуль упругости; коэффициент Пуассона; плотность).

4. Создание геометрической модели (Для построения оболочки вращения необходимо задать образующую и ось вращения цилиндрической оболочки).

5. Создание конечно-элементной модели (Задание параметров построения сетки; Построение конечно-элементной сетки).

6. Учет граничных условий (Закрепление конструкции; приложение нагрузки).

7. Проведение статического расчета (Перед проведением анализа на устойчивость следует выполнить статический расчет цилиндрической оболочки с включением опции сохранения решения).

8. Проведение расчета на устойчивость.

9. Анализ результатов (можно загрузить результаты расчета для одной из форм потери устойчивости; можно узнать критическое давление, соответствующие одной из форм потери устойчивости; возможность построение анимации).

76.Общие сведения о пкм. Основные определения, структура материалов, фазы, назначение связующих и наполнителей в составе материалов.

Общие сведения о ПКМ– комбинирование различных веществ всегда являлось одним из основных способов создания новых материалов. Как правило свойства КМ не являются суммой свойств отдельных компонентов. Большинство современных материалов представляют из себя композиции из различных исходных компонентов (из различных армирующих компонентов и связывающей их полимерной матрицы).

Композиционный материал– это материал состоящий из двух или более компонентов отдельных волокон и связующих и обладающий специфическими свойствами отличными от суммарных свойств их отдельных компонентов.

Компоненты должны быть совместимыми и не должны поглощать и растворять друг друга.

Компоненты должны быть: -совместимыми; -компоненты не должны поглощать друг друга, растворять

Адгезия (adhesion - прилипание) - связь между приведенными в контакт разнородными поверхностями, возникающая как результат действия межмолекулярных сил или сил химического взаимодействия.

Когезия (cohesion - сцепление, слипание)- обширное понятие, описывающее сцепление молекул, атомов или ионов физического тела под действием различных сил притяжения. Когезия определяет прочностные свойства как однородных по химическому составу твердых тел, так и различных композиций, но во втором случае присутствует и адгезионная составляющая. В самом общем виде структуру КМ можно представить состоящей обязательно из одной непрерывной фазы (матрицы) и одной или более дисперсных фаз или же из 2-х или более непрерывных фаз и возможно одной или более дисперсных фаз в любой непрерывной фазе.

При этом понятие фаза часто описательное.

Фаза система

Система – несколько фаз

Размер дисперсной фазы в пределах КМ не должна быть меньше 10^-6м.

Если дисперсной фазы меньше, чем 10^-6м, то предполагают, что этой фазы нет.

В качестве непрерывных фаз в ПКМ идут различные полимерные связующие (термореактивные связующие: фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, полиамидные, кремний органические).

Назначение связующих

Требования: Их высокая когезионная прочность, хорошая смачиваемость, достаточная жизнеспособность и технологичность, малая усадка, дешевизна.

Связующие ПКМ бывают:

Термореактивные

Термопластичные – полиэтилен, полипропилен, полиамид.

Наполнители могут быть в виде лент, нитей, жгутов, если они в пределах изделия не обрываются.

В качестве дискретной (прерывистой) фазы могут быть кусочки наполнителей, различные порошки.

Основное назначение изделия из конструкционного КМ: это равномерная передача усилий от одного волокна к другому в процессе нагружения.

Факторы, влияющие на работоспособность границ раздела 2-х фаз:

Образование хим. связей между наполнителем и матрицей – для того чтобы связь между матрицей и наполнителем была прочная на поверхность наполнителя, при его получении, наносят апреты. Апреты содержат группы из наполнителя и связующего. При отвердении изделия образуются хим. связи между апретами и наполнителем и апретами и связующими.

Особенно успешно проводится апретирование стеклянных волокон.

Смачивание поверхностей наполнителя полимерной матрицей – смачивание приводит к образованию более прочных хим. и физических связей между связующим и наполнителем.

Мех. и упругие свойства этого граничного слоя между матрицей и наполнителем – фактор наличия упругих и эластичных свойств между наполнителем и связующим.

Связующие представляют собой 2-х компонентную или многокомпонентную систему, которая состоит обязательно из синтетической смолы добавок: отвердители, катализаторы, инициаторы процесса отверждения, различные растворители (спирт, ацетон), добавки дающие цвет и др.

Пример: (в билете не обязателен)

Феноло-формальдегидные связующие

Эти связующие получаются в реакции поликонденсации фенолов с различными альдегидами.

Фенолоформальдегидная смола представляет из себя смесь фенолоспиртов.

Образовано фенольными кольцами соединённых между собой через некеленовые химические связи. Но так как связей очень много, то эта структура очень “сшитая” (плотная) и это отражается на свойствах.

«+»и «-»: -Большой модуль упругости; -Деформативность (деформация) низкая; -Материал хрупкий; -Термостойкость высокая; -Высокая химическая стойкость.

Для этой смолы характерен высокий коксовый остаток. Это имеет большое значение при использовании этих смол для получения теплозащитных материалов.

В состав входят: 1.Поливенил–бутераль (клей БФ) – он увеличивает адгезию смолы с волокном; 2.Анелинт – для связывания свободного формальдегида; 3.Стиорат цинка или кальция – для уменьшения прилипания прес- материалов к поверхности пресформы; 4.Этиловый спирт – растворитель; 5.Смола – является главным компонентом

Кремнийорганические связующиеНазначение наполнителей для КМ

Углеродные наполнители– относятся к классу перспективных в связи с низкой плотностью (1430-1830 кг/м^3) и высокой прочностью (3.5 ГПа).

Раньше углеродные наполнители использовались только для производства теплозащитных углепластиковСейчас в связи с улучшением характеристик волокон (по прочности) эти волокна используются и для конструкционных углепластиков. Сырьём для получения волокон служит: - вискоза; - полиакрило-метил. Технология получения углеволокон из исходных включает в себя различные этапы нагрева исходных волокон до разных температур. В зависимости от содержания углерода полученные углеродные волокна делятся на 3 группы: 1.карбонизованные волокна (углерода не более 90%); 2.угольные волокна (углерода 91-98%); 3.графитовые волокна (углерода более 98%)

Прочность и жёсткость углеродных волокон объясняется специфическим строением кристаллов графита. Для повышения прочности углеродного волокна надо уменьшить размеры кристаллитов в базисных поверхностях. Для увеличения жёсткости волокон надо уменьшить расстояние между базисными поверхностями в структуре графита.

Углеродные волокна:

высокомодульные – (Е=300-700 ГПа, =2-2.5 ГПа)

высокопрочные – (Е=200-250 ГПа, =2.5-3.5 ГПа)

Арамидные волокна– относятся к классу ароматических полиамидных волокон. Это химические волокна полученные на основе линейных волокнообразующих полиамидов в которых не менее 85% амидных групп связанных с ароматическими кольцами.

Кевлар-29 – 49, СВМ, Терлон.

Волокна типа усов– усы используют для упрочнения некоторых композиционных материалов

77.ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ СВЯЗУЮЩИЕ, РЕАКЦИИ ОТВЕРЖДЕНИЯ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ СВЯЗУЮЩИЕ. ПОЛУЧЕНИЕ, СОСТАВ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ. НАПОЛНИТЕЛИ ПКМ. ПОЛУЧЕНИЕ, СОСТАВ, СВОЙСТВА НАПОЛНИТЕЛЕЙ В РЕЦЕПТУРАХ ПКМ.

Термореактивные связующие: 1- фенолоформальдегидные; 2-эпоксидные; 3-полиэфирные; 4-полиамидные; 5-кремнийорганические.

Феноло-формальдегидные связующие.

Эти связующие получаются в реакции поликонденсации фенолов с различными альдегидами. Фенолоформальдегидная смола представляет из себя смесь фенолоспиртов. Образовано фенольными кольцами соединённых между собой через некеленовые химические связи. Но так как связей очень много, то эта структура очень “сшитая” (плотная) и это отражается на свойствах:- Большой модуль упругости; -Материал хрупкий; -Деформативность (деформация) низкая; -Термостойкость высокая; -Высокая химическая стойкость

Для этой смолы характерен высокий коксовый остаток. Это имеет большое значение при использовании этих смол для получения теплозащитных материалов.

В состав входят: 1.Поливенил–бутераль (клей БФ) – он увеличивает адгезию смолы с волокном; 2.Анелинт – для связывания свободного формальдегида; 3.Стиорат цинка или кальция – для уменьшения прилипания прес- материалов к поверхности пресформы; 4.Этиловый спирт – растворитель; 5.Смола – является главным компонентом

Эпоксидными смоламиназыв. олигомеры, содержат в молекуле не менее 2-х эпоксидных групп, и способны превращаться в полимеры пространственного строения. Осн.вид эпоксидных смол- это эпоксидиановые смолы, они получаются из эпиклоргидрида и дифинол пропана.

Эпихлоргидрид – это безцветная жидкость которая хорошо растворяется в ацитоне, бензоле и т.д (кроме воды).

Дифинол пропан растворим в ацитоне, этиловом спирте и т.д.( кроме воды).

Эпоксидные смолы получают взаимодействием избытка эпиклоргидрида с дифинол пропаном в щелочной среде. Эпоксидные смолы отверждаются многими низкомолекулярными соединениями (омиамерами и полимерами).

Наиболее часто применят отвержение диаминами. В отверженной эпоксидной смоле поперечные связи между молекулами меньше, чем фенолоформальдегидные, поэтому эта смола более эластична и менее хрупкая.

Наполнители ПКМ. Углеродные волокнанаиболее перспективны, в связи с низкой плотностью (1430-1830 кг/м³) и высокой прочностью (3,5 ГПа). Сырьем для получения волокон служит вискоза и полиакрил нитрил (ПАН волокна). В зависимости от содержания углерода, углеродные волокна делятся на три группы: 1)карбонидованные волокна (углерод<=90%); 2) угольные волокна (С=91…98%); 3)графитовые (С> 98%)

Углеродные волокна делятся на: - высокомодульные (Е=300…400 ГПа,σ= 2..2,5 ГПа)

- высокопрочные (Е=200…250 ГПа, σ= 2,5..3,5 ГПа)

«-»: -окисление на воздухе; -относительно слабая адгезия к полимерным материалам; -хим.активность при взаимодействии с металлами. Для улучшения совместимости волокон с полимерными материалами и для защиты от окисления на углеродные волокна наносят различные покрытия.

Стеклянные волокна- волокна из расплавленного стекла. Волокна получают выдавлением жидкой стекломассы через глазок (фильеру). Наши Е=до 100 Гпа, σ=4,2 Гпа -прочность при растяжении.

Зарубежные (Е=до 110 Гпа σ до 3,5 Гпа). Высокопрочные (Е=8,5… 8,7 Гпа, σ=5,0 Гпа)

Борные волокнаполучают осаждением бора из газовой фазы на вольфрамовый или углеродный сердечник, т.е. чистого бора нет. Они отл-я высокой прочными и жесткостными хар-ми.Удельная прочность - та длина волокна, при которой оно рвется под действиемFтяж. Уд. Жесткость: Ууд=Е/(qg) .

Арамидные волокнаотносятся к классу ароматических палиамидных волокон. Это хим.волокна, полученные на основе линейных волокнообразующих полиамидах, в которых не менее 85% амидных групп связанных с ароматическими кольцами.