Увеличение - прочность - материал
Cтраница 4
Между свойствами материала, из которого изготовлена испытываемая тара, и средним числом ее допустимого сбрасывания имеется определенная зависимость. При этом различают два различных положения: зависящее от свойства материала и не зависящее от свойства материала. В первом случае число сбрасываний прогрессивно растет с увеличением прочности материала. Для второго случая число остается постоянным. Для складного ящика из трехслойного гофрированного картона такая зависимость приведена на рис. 43, на котором также показано отрицательное влияние на прочность ящика соединительных швов. При критической прочности материала весьма велика возможность повреждения тары от разных причин. [46]
Параллельно с этим шла работа над созданием более совершенных носителей. Использовали простую углеродистую сталь с содержанием углерода от 0 1 до 1 5 %, вольфрамовую и кобальтовую стали, специальный железо-никель-медный сплав ( сена-лой), железо кобальт-ванадиевый сплав ( викалой) и многие др. Увеличение прочности материала позволяло постепенно применять более тонкие проволоку и ленту и, таким образом, уменьшать вес носителя, но неразрешимой оставалась проблема соединения отдельных кусков носителя. [47]
Строгой зависимости между пределом усталости и пределами прочности материалов не обнаружено, но чем выше прочностные характеристики, тем выше и пределы усталости. Однако, высокопрочные материалы обладают повышенной чувствительностью к концентрации напряжений, которая может свести на нет их преимущества в прочности. Поэтому конструкцию таких деталей следует освобождать от влияния концентраторов и прорабатывать с особой тщательностью. С увеличением прочности материала возрастает и его чувствительность к состоянию поверхности. Конструктор располагает обширным арсеналом мер, позволяющих повысить усталостную прочность и надежность работы деталей. [48]
Поскольку присутствие в кристаллической решетке подвижных дислокаций в большой степени снижает прочность реальных металлов, наиболее действенным средством повышения прочности является создание бездислокационных или бездефектных металлов. В этом направлении достигнуты определенные результаты. Однако на практике для повышения прочности создают структуры материалов с большим количеством искажений кристаллической решетки, препятствующих движению дислокаций и способствующих увеличению числа мест, где одновременно развивается пластическая деформация. Такой путь увеличения прочности материала достигается легированием сплавов, химико-термической и механической обработкой. [49]
 |
Плоская рукоятка клюшки для игры в гольф, изготовленная из стеклопластика. [50] |
Внутрислойный сдвиг является одной из причин возможных ограничений в использовании стеклопластика. Если отсутствие переплетений повышает прочность на растяжение, то срезывающее усилие в нити ограничено силой сцепления между нитями и смолой. В обычных тканях высокие точки одного слоя стремятся скрепить с нижними точками примыкающего слоя. Это дает в результате увеличение прочности материала. По сравнению с другими смолами или связующими эпоксидная смола дает более высокое междуслойное сопротивление сдвигу из-за присущего ей лучшего сцепления. Благодаря правильному проектированию влияние низкого значения междуслойного напряжения на сдвиг может быть сведено к минимуму. [51]
Аутуотером [5.34, 5.35], обратил внимание на следующее. Ударная вязкость пластмассы, армированной волокном, в значительной степени превышает ударную вязкость стекловолокна и пластмассы. Это связано с тем, что при разрушении стекловолокна необходимо не только его разорвать, но и вытянуть. Работа, связанная с вытягиванием волокна, оказывает значительное влияние на увеличение прочности материала. [52]
Композиционным материалам с однонаправленным и перекрестным расположением волокон, когда необходимая толщина изделия создается последовательной укладкой армирующих слоев. 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. [53]
Все большее применение находят футерованные, многослойные трубопроводы. Анализ возможных выходов из строя таких трубопроводов показал, что в определенных условиях при целостности внешней стальной трубы могут происходить разрушения внутренней пластиковой трубы. Это может иметь место, например, при скоплении жидкостных пробок, при резком падении давления в трубопроводе при условии проникновения газа между пластиковой и стальной трубами или из-за наличия свищей в трубопроводе. К недостаткам рассматриваемых труб относят: ограниченный диапазон рабочих температур, высокий коэффициент теплового расширения по сравнению с этой же характеристикой углеродистой стали, а также то, что увеличение прочности материала по кольцу может быть достигнуто только путем увеличения толщины стенки. Применение неметаллических, многослойных и армированных труб только частично решает проблему внутреннего износа. [54]
В резальном изделии распределение напряжений может происходить иногда по весьма сложному закону. Осуществить это путем направленной ориентации в большинстве случаев не представляется возможным. Возникает потребность перехода от скалярного усиления к тензорному. Представляется заманчивым обеспечить путем введения в систему усиливающих компонентов увеличения прочности материала в наиболее опасных ( в данной конструкции) направлениях. Это частично реализуется, например, при наполнении полимерной системы нитями, расположенными вдоль оси максимальных напряжений. Однако такой способ обеспечивает только направленное линейное усиление материала. [55]
Если сопротивление разрушению определяется противодействием сил главных валентностей, то, естественно, что достигнуть определенную прочность можно уже при синтезе полимеров с прочными химическими связями в основной цепи. Чем прочнее эти связи, чем больше значение энергий этих связей, тем прочнее должен быть полимер. Разрыв химических связей обуславливает прочность материала только при достаточно больших значениях молекулярный массы. При этом энергия суммарного противодействия отрыву элементов структуры друг от друга за счет межмолекулярного взаимодействия должна быть больше энергии рвущихся химических связей [ 297, с. Увеличение числа химических связей, несущих нагрузку, сопровождается увеличением прочности материала также в случае трехмерных структур, содержащих химические связи. Это происходит, например, при химическом сшивании молекул полимера. В дальнейшем будет показано, что ориентация анизодиаметричных элементов структуры способствует преимущественному разрыву химических связей. [56]
В реальном изделии распределение напряжений может происходить иногда по весьма сложному закону. Осуществить это путем направленной ориентации в большинстве случаев не представляется возможным. Возникает потребность перехода от скалярного усиления к тензорному. Так, чтобы обеспечить путем введения в систему усиливающих компонентов увеличение прочности материала в наиболее опасных направлениях, необходимо ориентировать в этих направлениях цепочечные структуры наполнителя. Это частично реализуется, например, при наполнении полимерной системы нитями, расположенными вдоль оси максимальных напряжений. Однако такой способ обеспечивает только линейное направленное усиление материала. [57]
Известно, что наиболее благоприятная геометрическая форма деталей, подвергаемых осевой нагрузке - усеченный конус. Он выдерживает большие напряжения, чем цилиндр с той же площадью поперечного сечения, так как атомы на усеченной поверхности имеют механические связи, распространяющиеся веерообразно в сторону большего основания конуса. При этом происходит явление, которое можно назвать мультипликацией напряжений в твердой среде. Вся конструкция была погружена в жидкость, сжатую до 30 кбар, что также способствовало увеличению прочности материала наковален. В этих условиях Бриджмен достиг давления в 400 кбар. Наибольшее давление было в точке А, которая отвечает точке М на графике давлений. [58]
В зависимости от отделки волокна различают ровинги двух типов. Жесткий ровинг легко рубится, хорошо формуется, но плохо пропитывается смолой. Мягкие типы ровинга труднее рубятся, хуже формуются, дают плохую поверхность, но легко пропитываются смолой и придают материалу более высокие механические характеристики. Этот метод еще и сейчас используется для некоторых ЛФМ ( в основном в Европе), но в последнее время с целью увеличения прочности материала в ЛФМ стали вводить непрерывную нить из стеклянного, углеродного и арамидного волокон. [59]
Следует особо подчеркнуть принципиальное различие во влиянии размеров частиц эластичного наполнителя на прочность композиционных материалов на основе термопластов и эластомеров. В системах на основе термопластов ( на примере ПВХ) могут наблюдаться два случая. Если взаимодействие на границе раздела фаз частица-матрица слабое и химических мостичиых связей между полимерами матрицы и наполнителя не образуется - прочность композиционного материала при прочих равных условиях с увеличением размера частиц возрастает. Если же на границе раздела фаз наблюдается сильное взаимодействие с образованием мостич-ных химических связей ( например, кабельный пластикат ПВХ - измельченный бутадиен-нитрильный вулканизат), имеет место обратная зависимость - чем меньше размер часищ эластичного наполнителя, тем выше прочность композиционного материала. При этом показана принципиальная возможность получения композиционных материалов - резннопластов, превосходящих по своей прочности их наиболее прочную компоненту. Следует отметить возможность повышения прочности резинопластов с уменьшением прочности эластичного наполнителя. Этим экспериментальным фактам дается следующее объяснение. Снижение прочности эластичного наполнителя ведет к увеличению его дополнительного диспергирования при смешении, уменьшению размера его частиц в системе. При этом, естественно, возрастает объем переходных ( граничных) слоев, образовавшихся в результате химического взаимодействия ПВХ и нитрильных групп эластичного наполнителя по механизму Берлина - Каргина. Эти прочные переходные слои и являются истинным наполнителем систем. В системах на основе эластомеров, которые характеризуются наличием пространственной сетки, прочность композиционного материала с увеличением размера частиц в любом случае уменьшается. Образование мостичных химических связей между полимерами матрицы и наполнителя, так же как и в системах на основе термопластов, способствует увеличению прочности материала. При растяжении резин, содержащих измелоченные вулканизаты, происходит или разрыв частиц эластичного наполнителя, или его отслоение от матрицы. Эти процессы протекают активно уже при удлинениях, которые существенно ниже относительного удлинения при разрыве. [60]
Страницы: 1 2 3 4