Композитный материал

Материал, изготовленный из комбинации двух или более разнородных веществ.

Черное углеродное волокно (используется в качестве армирующего компонента) в сравнении с человеческим волосом

Композиты изготавливаются путем объединения материалов для формирования общей структуры со свойствами, которые отличаются от свойств отдельных компонентов.

Композитный материал (также называемый композиционным материалом или сокращенно композитным , что является общепринятым названием) — это материал , который производится из двух или более составляющих материалов. ^[1] Эти составляющие материалы имеют заметно отличающиеся химические или физические свойства и объединяются для создания материала со свойствами, отличными от свойств отдельных элементов. В готовой структуре отдельные элементы остаются отдельными и различимыми, что отличает композиты от смесей и твердых растворов . Композитные материалы с более чем одним отдельным слоем называются композитными ламинатами .

Типичные конструкционные композитные материалы включают в себя:

• Железобетон и каменная кладка
• Композитная древесина, такая как фанера
• Армированные пластики , такие как армированный волокном полимер или стекловолокно
• Композиты с керамической матрицей ( композитные керамические и металлические матрицы )
• Композиты с металлической матрицей ^[2]
• и другие современные композитные материалы

Существуют различные причины, по которым новый материал может быть предпочтительным. Типичные примеры включают материалы, которые дешевле, легче, прочнее или долговечнее обычных материалов, а также композитные материалы, вдохновленные животными и природными источниками с низким углеродным следом. ^[3]

Совсем недавно исследователи также начали активно включать сенсорику, приведение в действие, вычисления и коммуникацию в композиты, ^[4] которые известны как роботизированные материалы . ^[5]

Композитные материалы обычно используются для зданий , мостов и конструкций , таких как корпуса лодок , панели для бассейнов , кузова гоночных автомобилей , душевые кабины, ванны , резервуары для хранения , имитация гранита и раковины и столешницы из искусственного мрамора . ^{[6] [7]} Они также все чаще используются в общих автомобильных приложениях. ^[8]

Самые передовые образцы регулярно эксплуатируются на космических кораблях и самолетах в сложных условиях.

История

Самые ранние композитные материалы изготавливались из соломы и грязи, которые затем использовались для изготовления кирпичей для строительства зданий . Древнее производство кирпичей было задокументировано египетскими гробницами . ^[9]

Плетёная кладка и мазанка — один из старейших композитных материалов, ему более 6000 лет. ^[10] Бетон также является композитным материалом и используется больше, чем любой другой синтетический материал в мире. По состоянию на 2009 год ^{[обновлять]}, ежегодно производится около 7,5 миллиардов кубических метров бетона ^[11]

• Древесные растения , как настоящая древесина деревьев , так и такие растения, как пальмы и бамбук , дают натуральные композиты, которые использовались человечеством еще в доисторические времена и до сих пор широко применяются в строительстве и возведении строительных лесов.
• Фанера , 3400 г. до н.э., ^[12] древними месопотамцами; склеивание древесины под разными углами дает лучшие свойства, чем у натуральной древесины.
• Картонаж , слои льна или папируса, пропитанные гипсом, датируются Первым переходным периодом в истории Египта (около 2181–2055 гг. до н. э.) ^[12] и использовались для изготовления посмертных масок .
• Глинобитные кирпичи или глинобитные стены (с использованием глины с соломой или гравием в качестве связующего) использовались на протяжении тысяч лет. ^[13]
• Бетон был описан Витрувием , писавшим около 25 г. до н. э. в своих «Десяти книгах об архитектуре» , различал типы заполнителей, подходящих для приготовления известковых растворов . Для структурных растворов он рекомендовал пуццолан , который представлял собой вулканический песок из песчаных пластов Поццуоли коричневато-желто-серого цвета около Неаполя и красновато-коричневого в Риме . Витрувий указывает соотношение 1 части извести к 3 частям пуццолана для цементов, используемых в зданиях, и соотношение 1:2 извести к пульвису Путеоланусу для подводных работ, по сути, то же самое соотношение, которое сегодня смешивают для бетона, используемого в море. ^[14] Природные цементные камни после обжига производили цементы, используемые в бетонах с постримских времен до 20-го века, с некоторыми свойствами, превосходящими изготовленный портландцемент .
• Папье-маше , композит из бумаги и клея, используется уже сотни лет. ^[15]
• Первый искусственный армированный волокном пластик представлял собой комбинацию стекловолокна и бакелита , созданную в 1935 году Элом Симисоном и Артуром Д. Литтлом в компании Owens Corning Company ^[16]
• Одним из наиболее распространенных и известных композитов является стекловолокно , в котором небольшие стеклянные волокна встроены в полимерный материал (обычно эпоксидную смолу или полиэстер). Стекловолокно относительно прочное и жесткое (но также хрупкое), тогда как полимер пластичный (но также слабый и гибкий). Таким образом, полученное стекловолокно относительно жесткое, прочное, гибкое и пластичное. ^[17]
• Композитный лук
• Кожаная пушка , деревянная пушка

Примеры

Композитные материалы

Бетон представляет собой смесь связующего вещества и заполнителя, которая представляет собой прочный и надежный материал, имеющий очень широкое применение.

Фанера широко используется в строительстве.

Композитная сэндвич-панель, используемая для испытаний в НАСА

Бетон является наиболее распространенным искусственным композитным материалом из всех и обычно состоит из свободных камней (заполнителей), удерживаемых матрицей цемента . Бетон является недорогим материалом и не сжимается и не разрушается даже при довольно большой силе сжатия. ^[18] Однако бетон не может выдерживать растягивающую нагрузку ^[19] (т. е. при растяжении он быстро развалится). Поэтому, чтобы придать бетону способность противостоять растяжению, в бетон часто добавляют стальные стержни, которые могут выдерживать высокие растягивающие (растяжимые) силы, образуя армированный бетон . ^[20]

Армированные волокнами полимеры включают армированные углеродным волокном полимеры и армированный стеклом пластик . Если классифицировать по матрице, то существуют термопластичные композиты , термопластики с короткими волокнами , термопластики с длинными волокнами или термопластики, армированные длинными волокнами . Существует множество термореактивных композитов, включая бумажные композитные панели . Многие современные термореактивные полимерные матричные системы обычно включают арамидное волокно и углеродное волокно в матрице из эпоксидной смолы . ^{[21] [22]}

Композиты из полимеров с эффектом памяти формы — это высокопроизводительные композиты, созданные с использованием армирующих волокон или тканей и полимерной смолы с эффектом памяти формы в качестве матрицы. Поскольку в качестве матрицы используется полимерная смола с эффектом памяти формы, эти композиты могут легко манипулироваться в различных конфигурациях при нагревании выше температуры активации и будут демонстрировать высокую прочность и жесткость при более низких температурах. Их также можно повторно нагревать и повторно формировать многократно без потери свойств материала. Эти композиты идеально подходят для таких применений, как легкие, жесткие, развертываемые конструкции; быстрое производство; и динамическое армирование. ^{[23] [24]}

Композиты с высокой деформацией — это еще один тип высокопроизводительных композитов, которые предназначены для работы в условиях высокой деформации и часто используются в развертываемых системах, где структурная гибкость является выгодной. ^{[ необходима ссылка ]} Хотя композиты с высокой деформацией демонстрируют много общего с полимерами с эффектом памяти формы, их эксплуатационные характеристики, как правило, зависят от расположения волокон, а не от содержания смолы в матрице. ^[25]

Композиты также могут использовать металлические волокна, армирующие другие металлы, как в композитах с металлической матрицей (MMC) ^[26] или композитах с керамической матрицей (CMC), ^[27] , которые включают кость ( гидроксиапатит , армированный коллагеновыми волокнами), металлокерамику (керамику и металл) и бетон . Композиты с керамической матрицей в первую очередь созданы для вязкости разрушения , а не для прочности. Другой класс композитных материалов включает тканый композит, состоящий из продольных и поперечных переплетенных нитей. Тканые композиты являются гибкими, поскольку они имеют форму ткани.

Композиты с органической матрицей/керамическим заполнителем включают асфальтобетон , полимербетон , мастичный асфальт , гибридный мастичный валик, стоматологический композит , синтактическую пену и перламутр . ^[28] Броня Чобхэма — это особый тип композитной брони, используемой в военных целях. ^{[ требуется ссылка ]}

Кроме того, термопластичные композитные материалы могут быть сформулированы с определенными металлическими порошками, что приводит к материалам с диапазоном плотности от 2 г/см ³ до 11 г/см ³ (такая же плотность, как у свинца). Наиболее распространенное название для этого типа материала - "высокоплотное соединение" (HGC), хотя также используется "заменитель свинца". Эти материалы могут использоваться вместо традиционных материалов, таких как алюминий, нержавеющая сталь, латунь, бронза, медь, свинец и даже вольфрам, для утяжеления, балансировки (например, изменение центра тяжести теннисной ракетки ), гашения вибрации и радиационной защиты. Композиты высокой плотности являются экономически выгодным вариантом, когда определенные материалы считаются опасными и запрещены (например, свинец) или когда вторичные операционные затраты (такие как механическая обработка, отделка или покрытие) являются фактором. ^[29]

Было проведено несколько исследований, указывающих на то, что чередование жестких и хрупких полимерных ламинатов на основе эпоксидной смолы, армированных углеродным волокном , с гибкими термопластичными ламинатами может помочь создать высокопрочные композиты, которые демонстрируют улучшенную ударопрочность. ^[30] Другим интересным аспектом таких чередующихся композитов является то, что они способны иметь поведение памяти формы без необходимости использования каких-либо полимеров с памятью формы или сплавов с памятью формы , например, слои бальзы, перемежаемые горячим клеем, ^[31] слои алюминия, перемежаемые акриловыми полимерами или ПВХ ^[32] и ламинаты полимеров, армированных углеродным волокном, перемежаемые полистиролом . ^[33]

Композит с сэндвич-структурой — это особый класс композитных материалов, которые изготавливаются путем прикрепления двух тонких, но жестких оболочек к легкому, но толстому сердечнику. Материал сердечника обычно является материалом с низкой прочностью, но его большая толщина обеспечивает композиту сэндвича высокую жесткость на изгиб при общей низкой плотности . ^{[34] [35]}

Древесина — это встречающийся в природе композит, состоящий из целлюлозных волокон в лигниновой и гемицеллюлозной матрице. ^[36] Инженерная древесина включает в себя широкий спектр различных продуктов, таких как древесноволокнистая плита, фанера , ориентированно-стружечная плита , древесно-пластиковый композит (переработанное древесное волокно в полиэтиленовой матрице), Pykrete (опилки в ледяной матрице), пропитанная пластиком или ламинированная бумага или текстиль, Arborite , Formica (пластик) и Micarta . Другие инженерные ламинированные композиты, такие как Mallite , используют центральное ядро ​​из древесины бальзы с торцевым зерном , связанное с поверхностными слоями из легкого сплава или стеклопластика. Они создают легкие, высокожесткие материалы. ^[37]

Дисперсные композиты имеют частицы в качестве наполнителя, диспергированного в матрице, которая может быть неметаллической, например, стеклом, эпоксидной смолой. Автомобильная шина является примером дисперсного композита. ^[38]

Сообщалось о современных полимерных композитах с покрытием из алмазоподобного углерода (DLC) ^[39] , где покрытие увеличивает гидрофобность поверхности, твердость и износостойкость.

Ферромагнитные композиты, в том числе с полимерной матрицей, состоящей, например, из нанокристаллического наполнителя из порошков на основе Fe и полимерной матрицы. Могут быть использованы аморфные и нанокристаллические порошки, полученные, например, из металлических стекол. Их использование позволяет получать ферромагнитные нанокомпозиты с управляемыми магнитными свойствами. ^[40]

Продукция

Армированные волокнами композитные материалы приобрели популярность (несмотря на их, как правило, высокую стоимость) в высокопроизводительных продуктах, которые должны быть легкими, но достаточно прочными, чтобы выдерживать жесткие условия нагрузки, такие как аэрокосмические компоненты ( хвосты , крылья , фюзеляжи , пропеллеры ), корпуса лодок и весла , рамы велосипедов и кузова гоночных автомобилей . Другие области применения включают удочки , резервуары для хранения , панели бассейнов и бейсбольные биты . Конструкции Boeing 787 и Airbus A350, включая крылья и фюзеляж, в основном состоят из композитов. ^[41] Композитные материалы также становятся все более распространенными в сфере ортопедической хирургии , ^[42] и это самый распространенный материал для хоккейных клюшек.

Углеродный композит является ключевым материалом в современных ракетах-носителях и тепловых экранах для фазы возвращения космических аппаратов . Он широко используется в подложках солнечных панелей, антенных отражателях и хомутах космических аппаратов. Он также используется в адаптерах полезной нагрузки, межступенчатых структурах и тепловых экранах ракет-носителей . Кроме того, дисковые тормозные системы самолетов и гоночных автомобилей используют углерод/углеродный материал, а композитный материал с углеродными волокнами и матрицей из карбида кремния был представлен в роскошных автомобилях и спортивных автомобилях .

В 2006 году была представлена ​​армированная волокном композитная панель для бассейнов, устанавливаемых в грунт, как для жилых, так и для коммерческих бассейнов, в качестве некорродирующей альтернативы оцинкованной стали.

В 2007 году компаниями TPI Composites Inc и Armor Holdings Inc был представлен полностью композитный военный Humvee , первый полностью композитный военный автомобиль . Благодаря использованию композитов автомобиль стал легче, что позволило увеличить полезную нагрузку. ^[43] В 2008 году углеродное волокно и кевлар DuPont (в пять раз прочнее стали) были объединены с улучшенными термореактивными смолами для изготовления военных транспортных кейсов компанией ECS Composites, создав на 30 процентов более легкие кейсы с высокой прочностью.

Трубы и фитинги различного назначения, такие как транспортировка питьевой воды, пожаротушение, орошение, морская вода, опресненная вода, химические и промышленные отходы, а также сточные воды, теперь изготавливаются из армированного стекловолокном пластика.

Композитные материалы, используемые в натяжных конструкциях для фасадного применения, имеют преимущество полупрозрачности. Тканая основа в сочетании с соответствующим покрытием обеспечивает лучшую светопроницаемость. Это обеспечивает очень комфортный уровень освещенности по сравнению с полной яркостью снаружи. ^[44]

Крылья ветряных турбин, достигающие размеров порядка 50 м в длину, изготавливаются из композитных материалов уже несколько лет. ^[45]

Люди с ампутированными ногами бегают на пружинных искусственных стопах из углеродного композита так же быстро, как и спортсмены без ампутаций. ^[46]

Газовые баллоны высокого давления, обычно объемом около 7–9 литров x давлением 300 бар для пожарных, в настоящее время изготавливаются из углеродного композита. Баллоны типа 4 включают в себя металл только в качестве бобышки, которая несет резьбу для ввинчивания клапана.

5 сентября 2019 года компания HMD Global представила модели Nokia 6.2 и Nokia 7.2, в которых, как утверждается, используется полимерный композит для изготовления рам. ^[47]

Обзор

Деталь из композитного материала из углеродного волокна.

Композитные материалы создаются из отдельных материалов. Эти отдельные материалы известны как составляющие материалы, и существуют две основные категории. Одна из них - матрица ( связующее ) , а другая - армирование . ^[48] По крайней мере, требуется часть каждого вида. Армирование получает поддержку от матрицы, поскольку матрица окружает армирование и сохраняет его относительное положение. Свойства матрицы улучшаются, поскольку армирование придает свои исключительные физические и механические свойства. Механические свойства становятся недоступными из отдельных составляющих материалов за счет синергии. В то же время проектировщик продукта или конструкции получает возможность выбрать оптимальную комбинацию из множества матриц и армирующих материалов.

Чтобы придать форму конструируемым композитам, их необходимо сформировать. Армирование помещается на поверхность формы или в полость формы . До или после этого матрица может быть введена в армирование. Матрица подвергается процессу сплавления, который обязательно устанавливает форму детали. Это событие сплавления может происходить несколькими способами в зависимости от природы матрицы, например, затвердевание из расплавленного состояния для термопластичного полимерного матричного композита или химическая полимеризация для термореактивной полимерной матрицы .

В зависимости от требований к конструкции конечного изделия могут использоваться различные методы формования. Природа выбранной матрицы и армирования являются ключевыми факторами, влияющими на методологию. Еще одним важным фактором является общее количество материала, которое должно быть изготовлено. Для поддержки высоких капиталовложений в быструю и автоматизированную технологию производства могут использоваться огромные количества. Более дешевые капиталовложения, но более высокие затраты на рабочую силу и оснастку при соответственно более медленном темпе способствуют небольшим объемам производства.

Многие коммерчески производимые композиты используют полимерный матричный материал, часто называемый раствором смолы. Существует множество различных полимеров, доступных в зависимости от исходных сырьевых ингредиентов. Существует несколько широких категорий, каждая из которых имеет многочисленные вариации. Наиболее распространенные известны как полиэфирные , винилэфирные , эпоксидные , фенольные , полиимидные , полиамидные , полипропиленовые , ПЭЭК и другие. Армирующими материалами часто являются волокна, но также обычно измельченные минералы. Различные методы, описанные ниже, были разработаны для снижения содержания смолы в конечном продукте или увеличения содержания волокон. Как правило, выкладка приводит к продукту, содержащему 60% смолы и 40% волокна, тогда как вакуумная инфузия дает конечный продукт с содержанием смолы 40% и 60% волокна. Прочность продукта во многом зависит от этого соотношения.

Мартин Хаббе и Люциан А. Люсия рассматривают древесину как природный композит из целлюлозных волокон в матрице лигнина . ^{[49] [50]}

Сердечники из композитов

Несколько конструкций укладки композита также включают совместное отверждение или последующее отверждение препрега со многими другими средами, такими как пена или соты. Как правило, это известно как сэндвич-структура . Это более общая укладка для производства капотов, дверей, обтекателей или неструктурных деталей.

В качестве основных материалов обычно используются пены с открытыми и закрытыми ячейками, такие как поливинилхлорид , полиуретан , полиэтилен или полистирол , бальзовое дерево , синтактические пены и соты . В качестве основных материалов также можно использовать металлическую пену с открытыми и закрытыми ячейками . В последнее время в качестве основных структур также используются трехмерные графеновые структуры (также называемые графеновой пеной). Недавний обзор Кхуррама и Сюй и др. представили сводку современных методов изготовления трехмерной структуры графена и примеры использования этих пенопластовых структур в качестве основных для соответствующих полимерных композитов. ^[51]

Полукристаллические полимеры

Хотя эти две фазы химически эквивалентны, полукристаллические полимеры можно описать как количественно, так и качественно как композитные материалы. Кристаллическая часть имеет более высокий модуль упругости и обеспечивает армирование менее жесткой, аморфной фазы. Полимерные материалы могут иметь кристалличность от 0% до 100% ^[52], то есть объемную долю, в зависимости от молекулярной структуры и термической истории. Для изменения процента кристалличности в этих материалах и, следовательно, механических свойств этих материалов, как описано в разделе физических свойств, можно использовать различные методы обработки. Этот эффект наблюдается в самых разных местах: от промышленных пластиков, таких как полиэтиленовые пакеты для покупок, до пауков, которые могут производить шелк с различными механическими свойствами. ^[53] Во многих случаях эти материалы действуют как композиты из частиц с беспорядочно распределенными кристаллами, известными как сферолиты. Однако их также можно спроектировать так, чтобы они были анизотропными и действовали больше как армированные волокнами композиты. ^[54] В случае паучьего шелка свойства материала могут даже зависеть от размера кристаллов, независимо от объемной доли. ^[55] По иронии судьбы, однокомпонентные полимерные материалы являются одними из наиболее легко поддающихся настройке известных композитных материалов.

Методы изготовления

Обычно изготовление композита включает смачивание, смешивание или пропитывание арматуры матрицей. Затем матрица вынуждена связываться (с помощью тепла или химической реакции) в жесткую структуру. Обычно операция выполняется в открытой или закрытой форме для формования. Однако порядок и способы введения компонентов значительно меняются. Изготовление композитов достигается с помощью самых разных методов, включая усовершенствованное размещение волокон (автоматизированное размещение волокон), ^[56] процесс напыления стекловолокна , ^[57] намотка нитей , ^[58] процесс ланксида , ^[59] индивидуальное размещение волокон , ^[60] тафтинг , ^[61] и z-pinning . ^[62]

Обзор плесени

Армирующие и матричные материалы объединяются, уплотняются и отверждаются (обрабатываются) в форме для прохождения процесса сплавления. Форма детали принципиально устанавливается после процесса сплавления. Однако при определенных условиях процесса она может деформироваться. Процесс сплавления для термореактивного полимерного матричного материала представляет собой реакцию отверждения, вызванную возможностью дополнительного тепла или химической реактивности, такой как органический пероксид. Процесс сплавления для термопластичного полимерного матричного материала представляет собой затвердевание из расплавленного состояния. Процесс сплавления для металлического матричного материала, такого как титановая фольга, представляет собой сплавление при высоком давлении и температуре, близкой к точке плавления.

Для многих методов формования подходит называть одну часть формы «нижней» формой, а другую часть формы «верхней» формой. Нижняя и верхняя не относится к конфигурации формы в пространстве, а к различным граням формованной панели. В этой конвенции всегда есть нижняя форма, а иногда и верхняя форма. Изготовление детали начинается с нанесения материалов на нижнюю форму. Нижняя форма и верхняя форма являются более обобщенными описаниями, чем более общие и конкретные термины, такие как мужская сторона, женская сторона, сторона a, сторона b, сторона инструмента, чаша, шляпа, оправка и т. д. Непрерывное производство использует другую номенклатуру.

Обычно формованное изделие называют панелью. Его можно называть литьем для определенных геометрий и комбинаций материалов. Его можно называть профилем для определенных непрерывных процессов. Некоторые из процессов - это автоклавное формование , ^[63] формование вакуумным мешком , ^[64] формование под давлением , ^[65] формование с переносом смолы , ^[66] и легкое формование с переносом смолы . ^[67]

Другие методы изготовления

Другие типы изготовления включают литье , ^[68] центробежное литье, ^[69] плетение (на форму ), непрерывное литье , ^[70] намотку нити , ^[71] прессование, ^[72] трансферное формование , пултрузионное формование, ^[73] и шликерное формование . ^[74] Также имеются возможности формования, включая намотку нити с ЧПУ , вакуумную инфузию, мокрую выкладку, компрессионное формование и термопластичное формование, и это лишь некоторые из них. Для некоторых проектов также требуется практика использования печей отверждения и покрасочных камер.

Методы отделки

Отделка композитных деталей также имеет решающее значение в окончательном дизайне. Многие из этих отделок будут включать покрытия, устойчивые к дождевой эрозии, или полиуретановые покрытия.

Инструменты

Форма и вставки формы называются «инструментом». Форма/инструмент может быть изготовлена ​​из разных материалов. Материалы инструмента включают алюминий , углеродное волокно , инвар , никель , армированную силиконовую резину и сталь. Выбор материала инструмента обычно основывается на, но не ограничивается, коэффициентом теплового расширения , ожидаемым количеством циклов, допуском конечного изделия, желаемым или ожидаемым состоянием поверхности, методом отверждения, температурой стеклования формуемого материала, методом формования, матрицей, стоимостью и другими различными соображениями.

Физические свойства

График общей прочности композитного материала в зависимости от объемной доли волокон, ограниченной условиями верхней границы (изодеформация) и нижней границы (изонапряжение).

Обычно физические свойства композита не являются изотропными (независимыми от направления приложенной силы) по своей природе. Но они, как правило, анизотропны (различаются в зависимости от направления приложенной силы или нагрузки). Например, жесткость композитной панели обычно зависит от ориентации приложенных сил и/или моментов. Прочность композита ограничена двумя условиями нагрузки, как показано на графике справа.

Правило изострейнджности смесей

Если и волокна, и матрица выровнены параллельно направлению нагрузки, деформация обеих фаз будет одинаковой (при условии отсутствия расслоения на границе раздела волокна и матрицы). Это условие изонапряженности обеспечивает верхнюю границу прочности композита и определяется правилом смесей :

Рисунок а) показывает состояние изонапряжения, при котором композитные материалы перпендикулярны приложенной силе, а б) — состояние изодеформации, при котором слои параллельны силе. ^[75]

${\displaystyle E_{C}=\sum _{i=1}V_{i}E_{i}}$

где E _C — эффективный композитный модуль Юнга , а V _i и E _i — объемная доля и модули Юнга, соответственно, композитных фаз.

Например, композитный материал, состоящий из фаз α и β, как показано на рисунке справа под изострессом, модуль Юнга будет следующим: где V _α и V _β — соответствующие объемные доли каждой фазы. Это можно вывести, учитывая, что в случае изострессов, Предполагая, что композит имеет однородное поперечное сечение, напряжение на композите является средневзвешенным между двумя фазами, Напряжения в отдельных фазах задаются законом Гука, Объединение этих уравнений дает, что общее напряжение в композите равно Тогда можно показать, что $${\displaystyle E_{C}=V_{\alpha }E_{\alpha }+V_{\beta }E_{\beta }}$$ $${\displaystyle \epsilon _{C}=\epsilon _{\alpha }=\epsilon _{\beta }=\epsilon }$$ $${\displaystyle \sigma _{C}=\sigma _{\alpha }V_{\alpha }+\sigma _{\beta }V_{\beta }}$$ $${\displaystyle \sigma _{\beta }=E_{\beta }\epsilon }$$ $${\displaystyle \sigma _{\alpha }=E_{\alpha }\epsilon }$$ $${\displaystyle \sigma _{C}=E_{\alpha }V_{\alpha }\epsilon +E_{\beta }V_{\beta }\epsilon =(E_{\alpha }V_{\alpha }+E_{\beta }V_{\beta })\epsilon }$$ $${\displaystyle E_{C}=(E_{\alpha }V_{\alpha }+E_{\beta }V_{\beta })}$$

Правило изострессов смесей

Нижняя граница диктуется условием изострессового состояния, при котором волокна и матрица ориентированы перпендикулярно направлению нагрузки: и теперь деформации становятся средневзвешенным значением. Переписывая закон Гука для отдельных фаз, это приводит к Из определения закона Гука и, в общем, $${\displaystyle \sigma _{C}=\sigma _{\alpha }=\sigma _{\beta }=\sigma }$$ $${\displaystyle \epsilon _{C}=\epsilon _{\alpha }V_{\alpha }+\epsilon _{\beta }V_{\beta }}$$ $${\displaystyle \epsilon _{\beta }={\frac {\sigma }{E_{\beta }}}}$$ $${\displaystyle \epsilon _{\alpha }={\frac {\sigma }{E_{\alpha }}}}$$ $${\displaystyle \epsilon _{c}=V_{\beta }{\frac {\sigma }{\epsilon _{\beta }}}+V_{\alpha }{\frac {\sigma }{\epsilon _{\alpha }}}=({\frac {V_{\alpha }}{\epsilon _{\alpha }}}+{\frac {V_{\beta }}{\epsilon _{\beta }}})\sigma }$$ $${\displaystyle {\frac {1}{E_{C}}}={\frac {V_{\alpha }}{E_{\alpha }}}+{\frac {V_{\beta }}{E_{\beta }}}}$$

${\displaystyle {\frac {1}{E_{C}}}=\sum _{i=1}{\frac {V_{i}}{E_{i}}}}$

Следуя примеру выше, если бы у вас был композитный материал, состоящий из α и β фаз в условиях изострессов, как показано на рисунке справа, модуль Юнга композиции был бы: Условие изострессов подразумевает, что при приложенной нагрузке обе фазы испытывают одинаковую деформацию, но будут чувствовать разное напряжение. Для сравнения, в условиях изострессов обе фазы будут чувствовать одинаковое напряжение, но деформации будут различаться между каждой фазой. Обобщенное уравнение для любого условия нагрузки между изострессами и изострессами можно записать как: ^[76] $${\displaystyle E_{C}=(E_{\alpha }E_{\beta })/(V_{\alpha }E_{\beta }+V_{\beta }E_{\alpha })}$$

${\displaystyle (X_{c})^{n}=V_{m}(X_{m})^{n}+V_{r}(X_{r})^{n}}$

где X — свойство материала, такое как модуль или напряжение, c, m и r обозначают свойства композитного, матричного и армирующего материалов соответственно, а n — значение от 1 до −1.

Приведенное выше уравнение можно далее обобщить за пределы двухфазного композита до m-компонентной системы:

${\displaystyle (X_{c})^{n}=\sum _{i=1}^{m}V_{i}(X_{i})^{n}}$

Хотя жесткость композита максимальна, когда волокна выровнены с направлением нагрузки, также велика вероятность разрыва волокна при растяжении, если предположить, что прочность на растяжение превышает прочность матрицы. Когда волокно имеет некоторый угол разориентации θ, возможны несколько режимов разрушения. При малых значениях θ напряжение, необходимое для начала разрушения, увеличивается в (cos θ) ⁻² раза из-за увеличенной площади поперечного сечения ( A cos θ) волокна и уменьшенной силы ( F/ cos θ), испытываемой волокном, что приводит к прочности композита на растяжение σ _{параллельн} / cos ² θ, где σ _{параллельн} — это прочность на растяжение композита с волокнами, выровненными параллельно приложенной силе.

Промежуточные углы разориентации θ приводят к разрушению матрицы при сдвиге. Площадь поперечного сечения снова изменяется, но поскольку теперь движущей силой разрушения является напряжение сдвига , интерес представляет площадь матрицы, параллельная волокнам, которая увеличивается в 1/sin θ раз. Аналогично, сила, параллельная этой площади, снова уменьшается ( F/ cos θ), что приводит к общей прочности на растяжение τ _my / sin θ cos θ, где τ _my — прочность матрицы на сдвиг.

Наконец, для больших значений θ (около π/2) наиболее вероятно поперечное разрушение матрицы, поскольку волокна больше не несут большую часть нагрузки. Тем не менее, прочность на растяжение будет больше, чем для чисто перпендикулярной ориентации, поскольку сила, перпендикулярная волокнам, уменьшится в 1/sin θ раз, а площадь уменьшится в 1/sin θ раз, создавая прочность композита на растяжение σ _perp / sin ² θ, где σ _perp — прочность композита на растяжение с волокнами, выровненными перпендикулярно приложенной силе. ^[77]

На графике показаны три режима разрушения, которые может испытывать композитный материал в зависимости от угла разориентации относительно выравнивания волокон параллельно приложенному напряжению.

Большинство коммерческих композитов формируются со случайной дисперсией и ориентацией усиливающих волокон, в этом случае модуль Юнга композита будет находиться между границами изодеформации и изострессов. Однако в приложениях, где отношение прочности к весу проектируется как можно более высоким (например, в аэрокосмической промышленности), выравнивание волокон может строго контролироваться.

Жесткость панели также зависит от ее конструкции. Например, используемое армирование волокнами и матрица, метод сборки панели, термореактивный или термопластичный материал, а также тип плетения.

В отличие от композитов, изотропные материалы (например, алюминий или сталь) в стандартных кованых формах обладают одинаковой жесткостью, как правило, несмотря на направленную ориентацию приложенных сил и/или моментов. Связь между силами/моментами и деформациями/кривизной для изотропного материала можно описать следующими свойствами материала: модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона , в относительно простых математических соотношениях. Для анизотропного материала требуется математика тензора второго порядка и до 21 константы свойств материала. Для особого случая ортогональной изотропии существуют три различных константы свойств материала для каждого из модуля Юнга, модуля сдвига и коэффициента Пуассона — всего 9 констант для выражения связи между силами/моментами и деформациями/кривизной.

Методы, использующие анизотропные свойства материалов, включают в себя шиповые и вставные соединения (в натуральных композитах, таких как древесина), а также п-образные соединения в синтетических композитах.

Механические свойства композитов

Армирование частицами

В целом, армирование частицами укрепляет композиты меньше, чем армирование волокнами . Оно используется для повышения жесткости композитов, одновременно увеличивая прочность и ударную вязкость . Благодаря своим механическим свойствам они используются в приложениях, где требуется износостойкость. Например, твердость цемента может быть значительно увеличена путем армирования частицами гравия. Армирование частицами — весьма выгодный метод настройки механических свойств материалов, поскольку его очень легко реализовать, при этом он имеет низкую стоимость. ^{[78] [79] [80] [81]}

Модуль упругости композитов, армированных частицами, можно выразить как:

${\displaystyle E_{c}=V_{m}E_{m}+K_{c}V_{p}E_{p}}$

где E — модуль упругости , V — объемная доля . Индексы c, p и m обозначают композит, частицу и матрицу соответственно. — константа, которую можно найти эмпирическим путем. ${\displaystyle K_{c}}$

Аналогично, прочность на растяжение композитов, армированных частицами, может быть выражена как:

${\displaystyle (T.S.)_{c}=V_{m}(T.S.)_{m}+K_{s}V_{p}(T.S.)_{p}}$

где TS — предел прочности на растяжение , а — константа (не равная ), которую можно найти эмпирическим путем. ${\displaystyle K_{s}}$ ${\displaystyle K_{c}}$

Непрерывное армирование волокном

В общем, армирование непрерывным волокном осуществляется путем включения волокна в качестве сильной фазы в слабую фазу, матрицу. Причина популярности использования волокон заключается в том, что в форме волокон можно получить материалы с необычайной прочностью. Неметаллические волокна обычно показывают очень высокое отношение прочности к плотности по сравнению с металлическими волокнами из-за ковалентной природы их связей . Наиболее известным примером этого являются углеродные волокна , которые имеют множество применений, начиная от спортивного инвентаря и заканчивая защитным оборудованием и космической промышленностью . ^{[82] [83]}

Напряжение в композите можно выразить через объемную долю волокна и матрицы.

${\displaystyle \sigma _{c}=V_{f}\sigma _{f}+V_{m}\sigma _{m}}$

где - напряжение, V - объемная доля . Индексы c, f и m обозначают композит, волокно и матрицу соответственно. ${\displaystyle \sigma }$

Хотя поведение волокнистых композитов под действием напряжения и деформации можно определить только путем испытаний, существует ожидаемая тенденция, три стадии кривой напряжения и деформации . Первая стадия — это область кривой напряжения и деформации, где и волокно, и матрица упруго деформируются . Эту линейно-упругую область можно выразить в следующей форме. ^[82]

${\displaystyle \sigma _{c}-E_{c}\epsilon _{c}=\epsilon _{c}(V_{f}E_{f}+V_{m}E_{m})}$

где - напряжение, - деформация, E - модуль упругости , а V - объемная доля . Индексы c, f и m обозначают композит, волокно и матрицу соответственно. ${\displaystyle \sigma }$ ${\displaystyle \epsilon }$

После прохождения упругой области как для волокна, так и для матрицы можно наблюдать вторую область кривой напряжение-деформация. Во второй области волокно все еще упруго деформировано, в то время как матрица пластически деформирована, поскольку матрица является слабой фазой. Мгновенный модуль можно определить с помощью наклона кривой напряжение-деформация во второй области. Связь между напряжением и деформацией можно выразить как,

${\displaystyle \sigma _{c}=V_{f}E_{f}\epsilon _{c}+V_{m}\sigma _{m}(\epsilon _{c})}$

где - напряжение, - деформация, E - модуль упругости , а V - объемная доля . Индексы c, f и m обозначают композит, волокно и матрицу соответственно. Для нахождения модуля во второй области можно использовать производную этого уравнения, поскольку наклон кривой равен модулю. ${\displaystyle \sigma }$ ${\displaystyle \epsilon }$

${\displaystyle E_{c}'={\frac {d\sigma _{c}}{d\epsilon _{c}}}=V_{f}E_{f}+V_{m}\left({\frac {d\sigma _{c}}{d\epsilon _{c}}}\right)}$

В большинстве случаев это можно предположить, поскольку второй член намного меньше первого. ^[82] ${\displaystyle E_{c}'=V_{f}E_{f}}$

В действительности производная напряжения по деформации не всегда возвращает модуль из-за связующего взаимодействия между волокном и матрицей. Сила взаимодействия между этими двумя фазами может привести к изменениям механических свойств композита. Совместимость волокна и матрицы является мерой внутреннего напряжения . ^[82]

Ковалентно связанные высокопрочные волокна (например, углеродные волокна ) испытывают в основном упругую деформацию перед разрушением, поскольку пластическая деформация может происходить из-за движения дислокаций . В то время как металлические волокна имеют больше места для пластической деформации, поэтому их композиты демонстрируют третью стадию, на которой и волокно, и матрица пластически деформируются. Металлические волокна имеют множество применений для работы при криогенных температурах , что является одним из преимуществ композитов с металлическими волокнами перед неметаллическими. Напряжение в этой области кривой напряжение-деформация можно выразить как,

${\displaystyle \sigma _{c}(\epsilon _{c})=V_{f}\sigma _{f}\epsilon _{c}+V_{m}\sigma _{m}(\epsilon _{c})}$

где - напряжение, - деформация, E - модуль упругости , а V - объемная доля . Нижние индексы c, f и m указывают на композит, волокно и матрицу соответственно. и - для напряжений течения волокна и матрицы соответственно. Сразу после третьей области композит демонстрирует образование шейки . Деформация образования шейки композита находится между деформацией образования шейки волокна и матрицы, как и другие механические свойства композитов. Деформация образования шейки слабой фазы задерживается сильной фазой. Величина задержки зависит от объемной доли сильной фазы. ^[82] ${\displaystyle \sigma }$ ${\displaystyle \epsilon }$ ${\displaystyle \sigma _{f}(\epsilon _{c})}$ ${\displaystyle \sigma _{m}(\epsilon _{c})}$

Таким образом, прочность композита на растяжение может быть выражена через объемную долю . ^[82]

${\displaystyle (T.S.)_{c}=V_{f}(T.S.)_{f}+V_{m}\sigma _{m}(\epsilon _{m})}$

где TS — предел прочности на растяжение , — напряжение, — деформация, E — модуль упругости , а V — объемная доля . Индексы c, f и m обозначают композит, волокно и матрицу соответственно. Прочность композита на растяжение можно выразить как ${\displaystyle \sigma }$ ${\displaystyle \epsilon }$

${\displaystyle (T.S.)_{c}=V_{m}(T.S.)_{m}}$для меньше или равно (произвольное критическое значение объемной доли) ${\displaystyle V_{f}}$ ${\displaystyle V_{c}}$

${\displaystyle (T.S.)_{c}=V_{f}(T.S.)_{f}+V_{m}(\sigma _{m})}$для больше или равно ${\displaystyle V_{f}}$ ${\displaystyle V_{c}}$

Критическое значение объемной доли можно выразить как:

${\displaystyle V_{c}={\frac {[(T.S.)_{m}-\sigma _{m}(\epsilon _{f})]}{[(T.S.)_{f}+(T.S.)_{m}-\sigma _{m}(\epsilon _{f})]}}}$

Очевидно, прочность композита на растяжение может быть выше, чем у матрицы, если больше . ${\displaystyle (T.S.)_{c}}$ ${\displaystyle (T.S.)_{m}}$

Таким образом, минимальную объемную долю волокна можно выразить как:

${\displaystyle V_{c}={\frac {[(T.S.)_{m}-\sigma _{m}(\epsilon _{f})]}{[(T.S.)_{f}-\sigma _{m}(\epsilon _{f})]}}}$

Хотя это минимальное значение на практике очень низкое, его очень важно знать, поскольку причиной включения непрерывных волокон является улучшение механических свойств материалов/композитов, и это значение объемной доли является порогом этого улучшения. ^[82]

Эффект ориентации волокон

Выровненные волокна

Изменение угла между приложенным напряжением и ориентацией волокон повлияет на механические свойства армированных волокном композитов, особенно на прочность на растяжение. Этот угол, , можно использовать для прогнозирования доминирующего механизма разрушения при растяжении. ${\displaystyle \theta }$

При малых углах, , доминирующий механизм разрушения такой же, как и при выравнивании нагрузки волокна, разрыв при растяжении. Разрешенная сила, действующая на длину волокон, уменьшается в раз от вращения. . Разрешенная область, на которой волокно испытывает силу, увеличивается в раз от вращения. . Принимая эффективную прочность на растяжение за и выровненную прочность на растяжение . ^[82] ${\displaystyle \theta \approx 0^{\circ }}$ ${\displaystyle \cos \theta }$ ${\displaystyle F_{\mbox{res}}=F\cos \theta }$ ${\displaystyle \cos \theta }$ ${\displaystyle A_{\mbox{res}}=A_{0}/\cos \theta }$ ${\displaystyle ({\mbox{T.S.}})_{\mbox{c}}=F_{\mbox{res}}/A_{\mbox{res}}}$ ${\displaystyle \sigma _{\parallel }^{*}=F/A}$

${\displaystyle ({\mbox{T.S.}})_{\mbox{c}}\;({\mbox{longitudinal fracture}})={\frac {\sigma _{\parallel }^{*}}{\cos ^{2}\theta }}}$

При умеренных углах, , материал испытывает разрушение при сдвиге. Эффективное направление силы уменьшается по отношению к выровненному направлению. . Разрешённая область, на которую действует сила, равна . Результирующая прочность на растяжение зависит от прочности матрицы на сдвиг , . ^[82] ${\displaystyle \theta \approx 45^{\circ }}$ ${\displaystyle F_{\mbox{res}}=F\cos \theta }$ ${\displaystyle A_{\mbox{res}}=A_{m}/\sin \theta }$ ${\displaystyle \tau _{m}}$

${\displaystyle ({\mbox{T.S.}})_{\mbox{c}}\;({\mbox{shear failure}})={\frac {\tau _{m}}{\sin {\theta }\cos {\theta }}}}$

При экстремальных углах, , доминирующим видом разрушения является разрыв при растяжении в матрице в перпендикулярном направлении. Как и в случае изострессового слоистых композитных материалов, прочность в этом направлении ниже, чем в выровненном направлении. Эффективные площади и силы действуют перпендикулярно выровненному направлению, поэтому они оба масштабируются на . Разрешенная прочность на растяжение пропорциональна поперечной прочности, . ^[82] ${\displaystyle \theta \approx 90^{\circ }}$ ${\displaystyle \sin \theta }$ ${\displaystyle \sigma _{\perp }^{*}}$

${\displaystyle ({\mbox{T.S.}})_{\mbox{c}}\;({\mbox{transverse fracture}})={\frac {\sigma _{\perp }^{*}}{\sin ^{2}\theta }}}$

Критические углы, начиная с которых изменяется доминирующий механизм разрушения, можно рассчитать следующим образом:

${\displaystyle \theta _{c_{1}}=\tan ^{-1}\left({\frac {\tau _{m}}{\sigma _{\parallel }^{*}}}\right)}$

${\displaystyle \theta _{c_{2}}=\tan ^{-1}\left({\frac {\sigma _{\perp }^{*}}{\tau _{m}}}\right)}$

где — критический угол между продольным разрушением и разрушением при сдвиге, а — критический угол между разрушением при сдвиге и поперечным разрушением. ^[82] ${\displaystyle \theta _{c_{1}}}$ ${\displaystyle \theta _{c_{2}}}$

Игнорируя эффекты длины, эта модель наиболее точна для непрерывных волокон и не эффективно фиксирует соотношение прочности и ориентации для композитов, армированных короткими волокнами. Кроме того, большинство реалистичных систем не испытывают локальных максимумов , предсказанных при критических углах. ^{[84] [85] [86] [87]} Критерий Цая-Хилла обеспечивает более полное описание прочности на растяжение композитных волокон как функции угла ориентации, связывая способствующие напряжения текучести: , , и . ^{[88] [82]} ${\displaystyle \sigma _{\parallel }^{*}}$ ${\displaystyle \sigma _{\perp }^{*}}$ ${\displaystyle \tau _{m}}$

${\displaystyle ({\mbox{T.S.}})_{\mbox{c}}\;({\mbox{Tsai-Hill}})={\bigg [}{\frac {\cos ^{4}\theta }{({\sigma _{\parallel }^{*}})^{2}}}+\cos ^{2}\theta \sin ^{2}\theta \left({\frac {1}{({\tau _{m}})^{2}}}-{\frac {1}{({\sigma _{\parallel }^{*}})^{2}}}\right)+{\frac {\sin ^{4}\theta }{({\sigma _{\perp }^{*}})^{2}}}{\bigg ]}^{-1/2}}$

Беспорядочно ориентированные волокна

Анизотропию прочности на растяжение армированных волокном композитов можно устранить, произвольно ориентируя направления волокон в материале. Это приносит в жертву предельную прочность в выровненном направлении ради общего изотропно укрепленного материала.

${\displaystyle E_{c}=KV_{f}E_{f}+V_{m}E_{m}}$

Где K — эмпирически определенный коэффициент армирования; аналогично уравнению армирования частиц. Для волокон с произвольно распределенной ориентацией в плоскости, , и для произвольного распределения в 3D, . ^[82] ${\displaystyle K\approx 0.38}$ ${\displaystyle K\approx 0.20}$

Жесткость и эластичность

Для реального применения большинство композитов являются анизотропными материалами или ортотропными материалами . Трехмерный тензор напряжений требуется для анализа напряжений и деформаций. Жесткость и податливость можно записать следующим образом ^[89]

${\displaystyle {\begin{bmatrix}\sigma _{1}\\\sigma _{2}\\\sigma _{3}\\\sigma _{4}\\\sigma _{5}\\\sigma _{6}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}C_{11}&C_{12}&C_{13}&C_{14}&C_{15}&C_{16}\\C_{12}&C_{22}&C_{23}&C_{24}&C_{25}&C_{26}\\C_{13}&C_{23}&C_{33}&C_{34}&C_{35}&C_{36}\\C_{14}&C_{24}&C_{34}&C_{44}&C_{45}&C_{46}\\C_{15}&C_{25}&C_{35}&C_{45}&C_{55}&C_{56}\\C_{16}&C_{26}&C_{36}&C_{46}&C_{56}&C_{66}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\varepsilon _{1}\\\varepsilon _{2}\\\varepsilon _{3}\\\varepsilon _{4}\\\varepsilon _{5}\\\varepsilon _{6}\end{bmatrix}}}$и ${\displaystyle {\begin{bmatrix}\varepsilon _{1}\\\varepsilon _{2}\\\varepsilon _{3}\\\varepsilon _{4}\\\varepsilon _{5}\\\varepsilon _{6}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}S_{11}&S_{12}&S_{13}&S_{14}&S_{15}&S_{16}\\S_{12}&S_{22}&S_{23}&S_{24}&S_{25}&S_{26}\\S_{13}&S_{23}&S_{33}&S_{34}&S_{35}&S_{36}\\S_{14}&S_{24}&S_{34}&S_{44}&S_{45}&S_{46}\\S_{15}&S_{25}&S_{35}&S_{45}&S_{55}&S_{56}\\S_{16}&S_{26}&S_{36}&S_{46}&S_{56}&S_{66}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\sigma _{1}\\\sigma _{2}\\\sigma _{3}\\\sigma _{4}\\\sigma _{5}\\\sigma _{6}\end{bmatrix}}}$

Для упрощения направления трехмерного напряжения применяется предположение о плоском напряжении, что внеплоскостное напряжение и внеплоскостная деформация незначительны или равны нулю. То есть и . ^[90] ${\displaystyle \sigma _{3}=\sigma _{4}=\sigma _{5}=0}$ ${\displaystyle \varepsilon _{4}=\varepsilon _{5}=0}$

${\displaystyle {\begin{bmatrix}\varepsilon _{1}\\\varepsilon _{2}\\\varepsilon _{3}\\\varepsilon _{4}\\\varepsilon _{5}\\\varepsilon _{6}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}{\tfrac {1}{E_{\rm {1}}}}&-{\tfrac {\nu _{\rm {21}}}{E_{\rm {2}}}}&-{\tfrac {\nu _{\rm {31}}}{E_{\rm {3}}}}&0&0&0\\-{\tfrac {\nu _{\rm {12}}}{E_{\rm {1}}}}&{\tfrac {1}{E_{\rm {2}}}}&-{\tfrac {\nu _{\rm {32}}}{E_{\rm {3}}}}&0&0&0\\-{\tfrac {\nu _{\rm {13}}}{E_{\rm {1}}}}&-{\tfrac {\nu _{\rm {23}}}{E_{\rm {2}}}}&{\tfrac {1}{E_{\rm {3}}}}&0&0&0\\0&0&0&{\tfrac {1}{G_{\rm {23}}}}&0&0\\0&0&0&0&{\tfrac {1}{G_{\rm {31}}}}&0\\0&0&0&0&0&{\tfrac {1}{G_{\rm {12}}}}\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\sigma _{1}\\\sigma _{2}\\\sigma _{3}\\\sigma _{4}\\\sigma _{5}\\\sigma _{6}\end{bmatrix}}}$

Матрицу жесткости и матрицу податливости можно свести к

${\displaystyle {\begin{bmatrix}\sigma _{1}\\\sigma _{2}\\\sigma _{6}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}{\tfrac {E_{\rm {1}}}{1-{\nu _{\rm {12}}}{\nu _{\rm {21}}}}}&{\tfrac {E_{\rm {2}}{\nu _{\rm {12}}}}{1-{\nu _{\rm {12}}}{\nu _{\rm {21}}}}}&0\\{\tfrac {E_{\rm {2}}{\nu _{\rm {12}}}}{1-{\nu _{\rm {12}}}{\nu _{\rm {21}}}}}&{\tfrac {E_{\rm {2}}}{1-{\nu _{\rm {12}}}{\nu _{\rm {21}}}}}&0\\0&0&G_{\rm {12}}\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\varepsilon _{1}\\\varepsilon _{2}\\\varepsilon _{6}\end{bmatrix}}}$и ${\displaystyle {\begin{bmatrix}\varepsilon _{1}\\\varepsilon _{2}\\\varepsilon _{6}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}{\tfrac {1}{E_{\rm {1}}}}&-{\tfrac {\nu _{\rm {21}}}{E_{\rm {2}}}}&0\\-{\tfrac {\nu _{\rm {12}}}{E_{\rm {1}}}}&{\tfrac {1}{E_{\rm {2}}}}&0\\0&0&{\tfrac {1}{G_{\rm {12}}}}\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\sigma _{1}\\\sigma _{2}\\\sigma _{6}\end{bmatrix}}}$

Две различные системы координат материала. Структура имеет систему координат (1-2). Материал имеет главную систему координат (xy).

Для армированного волокнами композита ориентация волокон в материале влияет на анизотропные свойства структуры. Из характеризующей техники, т. е. испытания на растяжение, свойства материала измерялись на основе системы координат образца (1-2). Тензоры выше выражают зависимость напряжения от деформации в системе координат (1-2). В то время как известные свойства материала находятся в главной системе координат (xy) материала. Преобразование тензора между двумя системами координат помогает определить свойства материала испытываемого образца. Матрица преобразования с градусным вращением имеет вид ^[90] ${\displaystyle \theta }$

${\displaystyle T(\theta )_{\epsilon }={\begin{bmatrix}\cos ^{2}\theta &\sin ^{2}\theta &\cos \theta \sin \theta \\sin^{2}\theta &\cos ^{2}\theta &-\cos \theta \sin \theta \\-2\cos \theta \sin \theta &2\cos \theta \sin \theta &\cos ^{2}\theta -\sin ^{2}\theta \end{bmatrix}}}$для для ${\displaystyle {\begin{bmatrix}{\acute {\epsilon }}\end{bmatrix}}=T(\theta )_{\epsilon }{\begin{bmatrix}\epsilon \end{bmatrix}}}$ ${\displaystyle T(\theta )_{\sigma }={\begin{bmatrix}\cos ^{2}\theta &\sin ^{2}\theta &2\cos \theta \sin \theta \\sin^{2}\theta &\cos ^{2}\theta &-2\cos \theta \sin \theta \\-\cos \theta \sin \theta &\cos \theta \sin \theta &\cos ^{2}\theta -\sin ^{2}\theta \end{bmatrix}}}$ ${\displaystyle {\begin{bmatrix}{\acute {\sigma }}\end{bmatrix}}=T(\theta )_{\sigma }{\begin{bmatrix}\sigma \end{bmatrix}}}$

Типы волокон и их механические свойства

Наиболее распространенными типами волокон, используемых в промышленности, являются стекловолокно , углеродное волокно и кевлар из-за простоты их производства и доступности. Их механические свойства очень важно знать, поэтому ниже приведена таблица их механических свойств для сравнения со сталью S97 . ^{[91] [92] [93] [94]} Угол ориентации волокон очень важен из-за анизотропии волокнистых композитов (более подробное объяснение см. в разделе «Физические свойства»). Механические свойства композитов можно проверить с помощью стандартных методов механических испытаний , расположив образцы под различными углами (стандартные углы составляют 0°, 45° и 90°) относительно ориентации волокон в композитах. В целом, осевое выравнивание 0° делает композиты устойчивыми к продольному изгибу и осевому растяжению/сжатию, кольцевое выравнивание 90° используется для получения сопротивления внутреннему/внешнему давлению, а ± 45° является идеальным выбором для получения сопротивления чистому кручению. ^[95]

Механические свойства волокнистых композиционных материалов

Механические свойства композитов из углеродного волокна, стекловолокна, алюминиевых сплавов и стали, применяемых в аэрокосмической и коммерческой промышленности

Эта таблица демонстрирует одну из важнейших особенностей и преимуществ волокнистых композитов перед металлом, а именно удельную прочность и удельную жесткость. Хотя сталь и алюминиевый сплав имеют сопоставимую прочность и жесткость с волокнистыми композитами, удельная прочность и жесткость композитов примерно выше, чем у стали и алюминиевого сплава .

Отказ

Удар, воздействие с переменной скоростью или повторяющиеся циклические напряжения могут спровоцировать разделение ламината на границе раздела двух слоев, состояние, известное как расслоение . ^{[98] [99]} Отдельные волокна могут отделиться от матрицы, например, выдергивание волокна .

Композиты могут разрушаться в макроскопическом или микроскопическом масштабе. Разрушения при сжатии могут происходить как в макромасштабе, так и в каждом отдельном армирующем волокне при сжатии. Разрушения при растяжении могут быть разрушениями чистого сечения детали или деградацией композита в микроскопическом масштабе, когда один или несколько слоев в композите разрушаются при растяжении матрицы или разрыве связи между матрицей и волокнами.

Некоторые композиты хрупкие и обладают небольшим запасом прочности после первоначального начала разрушения, в то время как другие могут иметь большие деформации и иметь запасную способность поглощать энергию после начала повреждения. Различия в доступных волокнах и матрицах, а также смеси , которые можно сделать с помощью смесей, оставляют очень широкий диапазон свойств, которые могут быть спроектированы в композитную структуру. Самый известный отказ хрупкого керамического матричного композита произошел, когда углерод-углеродная композитная плитка на передней кромке крыла космического челнока Columbia сломалась при ударе во время взлета. Это привело к катастрофическому разрушению корабля, когда он снова вошел в атмосферу Земли 1 февраля 2003 года.

Композиты имеют относительно низкую несущую способность по сравнению с металлами.

Тестирование

Композиты испытываются до и после строительства, чтобы помочь в прогнозировании и предотвращении отказов. Предварительное тестирование может использовать анализ конечных элементов (FEA) для послойного анализа изогнутых поверхностей и прогнозирования образования складок, смятия и ямочек на композитах. ^{[100] [101] [102] [103]} Материалы могут испытываться во время производства и после строительства различными неразрушающими методами, включая ультразвук, термографию, ширографию и рентгеновскую радиографию, ^[104] и лазерную проверку связи для неразрушающего контроля относительной прочности связи в локализованной области.

Смотрите также

• 3D-композиты
• Алюминиевая композитная панель
• Американская ассоциация производителей композитов
• Химическая инфильтрация паров
• Композитный ламинат
• Прерывистый выровненный композит
• Эпоксидный гранит
• Гибридный материал
• Процесс укладки
• Нанокомпозит
• Пайкерит
• Правило смесей
• Масштабированные композиты
• Умный материал
• Умные материалы и конструкции
• Пустота (композиты)

Ссылки

1. "Что такое композиты". Откройте для себя композиты . Архивировано из оригинала 2021-05-22 . Получено 2020-12-18 .
2. Чжоу, МЙ и др. «Прогресс в исследованиях гибридных металлических матричных композитов». Журнал сплавов и соединений 838 (2020): 155274.
3. Непал, Дхрити; Канг, Сэвон; Адстедт, Катарина М.; Канхайя, Кришан; Боксталлер, Майкл Р.; Бринсон, Л. Кэтрин; Бюлер, Маркус Дж.; Ковени, Питер В.; Даял, Каушик; Эль-Авади, Джаафар А.; Хендерсон, Люк К.; Каплан, Дэвид Л .; Кетен, Синан; Котов, Николас А.; Шац, Джордж К. (2022-11-28). «Иерархически структурированные биоинспирированные нанокомпозиты». Nature Materials . 22 (1): 18–35. doi :10.1038/s41563-022-01384-1. ISSN  1476-1122. PMID  36446962. S2CID  254094123. Архивировано из оригинала 2022-12-12 . Получено 2022-12-12 .
4. МакЭвой, МА; Коррелл, Н. (19 марта 2015 г.). «Материалы, которые объединяют восприятие, приведение в действие, вычисление и связь». Science . 347 (6228): 1261689. doi : 10.1126/science.1261689 . PMID  25792332.
5. «Автономные материалы позволят будущим роботам менять цвет и форму». popsci.com . 20 марта 2015 г. Архивировано из оригинала 27 сентября 2017 г. Получено 3 мая 2018 г.
6. "Композиты | Композитные материалы". Mar-Bal, Inc. 2013-10-15. Архивировано из оригинала 2015-11-13 . Получено 2020-12-18 .
7. "Applications | Composites UK". compositesuk.co.uk . Архивировано из оригинала 2015-02-26 . Получено 2020-12-18 .
8. "Достижение внешнего вида класса A на армированных волокнами подложках". www.coatingstech-digital.org . Архивировано из оригинала 2021-09-20 . Получено 24-06-2021 .
9. Хака, Андреас. Инженерная устойчивость. История композитных материалов . Cham: Springer 2023 Гл. 1 «Ранние композиты».
10. Шаффер, Гэри Д. (весна 1993 г.). «Археомагнитное исследование обрушения глинобитного здания». Журнал полевой археологии . 20 (1): 59–75. doi :10.2307/530354. JSTOR  530354.
11. "Minerals goods summary – cement – ​​2009". Геологическая служба США . 1 июня 2007 г. Архивировано из оригинала 13 декабря 2007 г. Получено 16 января 2008 г.
12. "История композитных материалов". Mar-Bal Incorporated. 2013-08-19. Архивировано из оригинала 2018-01-04 . Получено 2018-01-03 .
13. "Is Cob A Composite?". expandusceramics.com . 27 августа 2019 г. Архивировано из оригинала 2021-05-23 . Получено 2020-12-19 .
14. Хизер Лехтман и Линн Хоббс «Римский бетон и римская архитектурная революция», Керамика и цивилизация, том 3: Высокотехнологичная керамика: прошлое, настоящее, будущее , под редакцией У. Д. Кингери и опубликовано Американским обществом керамики, 1986; и Витрувий, книга II:v,1; книга V:xii2
15. "Папье-маше - Статьи - Папье-маше и бумажная глина". www.papiermache.co.uk . Архивировано из оригинала 2011-04-29 . Получено 2020-12-19 .
16. Основные этапы Owens Corning 2017
17. "Что такое стекловолокно или стекловолокно?". www.fibreglassdirect.co.uk . Архивировано из оригинала 2020-09-30 . Получено 2020-12-19 .
18. "Плиты на уровне земли". Construction Knowldegs.net. Архивировано из оригинала 2 октября 2017 г. Получено 3 января 2018 г.
19. "Поведение бетона под напряжением". The Constructor. 2012-12-06. Архивировано из оригинала 4 января 2018 г. Получено 3 января 2018 г.
20. "Железобетон". www.designingbuildings.co.uk . Архивировано из оригинала 2016-07-11 . Получено 2020-12-17 .
21. Рив, Скотт. «3 причины использовать армированный волокнами полимер (FRP)». www.compositeadvantage.com . Архивировано из оригинала 2020-10-24 . Получено 2020-12-17 .
22. "Руководство для начинающих по армированным волокнами пластикам (FRP) - Craftech Industries - Высокопроизводительные пластики - [phone]". Craftech Industries . 2014-08-05. Архивировано из оригинала 2017-05-14 . Получено 2020-12-17 .
23. "Полимеры с эффектом памяти формы - Полное руководство". www.bpf.co.uk . Архивировано из оригинала 2021-05-23 . Получено 2020-12-17 .
24. "Полимеры с памятью формы | Университет Шеффилд Халлам". www.shu.ac.uk . Архивировано из оригинала 2021-05-23 . Получено 2020-12-17 .
25. "Tensile Fiber Failure on High Strain Composites" (PDF) . Университет Колорадо, Боулдер . Архивировано (PDF) из оригинала 23 мая 2021 г. . Получено 17 декабря 2020 г. .
26. "7: Композиты с металлической матрицей | Факультет материаловедения и инженерии". www.materials.unsw.edu.au . Архивировано из оригинала 2021-01-25 . Получено 2020-12-17 .
27. L; Co, L. Special Furnace; L, Inc; Co, L. Special Furnace; Aston, Inc 20 Kent Road; Pa 19014 877.846.7628 (2018-08-30). "Что такое керамические матричные композиты?". L&L Special Furnace Co, Inc. Архивировано из оригинала 28-09-2020 . Получено 17-12-2020 . {{cite web}}: |first3=имеет общее название ( помощь )CS1 maint: numeric names: authors list (link)
28. "Композитный материал". hi-techindia . Архивировано из оригинала 2021-03-03 . Получено 2020-12-21 .
29. "Термопластичные композиты - Введение". AZoM.com . 2001-02-15. Архивировано из оригинала 2012-04-05 . Получено 2020-12-17 .
30. Куан, Донг; Болонья, Франческа; Скарселли, Дженнаро; Иванкович, Алоиз; Мерфи, Нил (01.01.2020). "Interlaminar crack harderness of aerospace-grade carbon fiber armor plastics interleaved with thermoplastic veils". Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . 128 : 105642. doi : 10.1016/j.compositesa.2019.105642. ISSN  1359-835X. S2CID  210519993. Архивировано из оригинала 23.04.2021 . Получено 23.04.2021 .
31. Гордон, Бенджамин; Кларк, Уильям (2007-04-23). ​​"Морфинг структур с помощью вариаций жесткости". 48-я конференция AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC по конструкциям, динамике конструкций и материалам . Конструкции, динамика конструкций и материалы и совместные конференции. Гонолулу, Гавайи: Американский институт аэронавтики и астронавтики. doi :10.2514/6.2007-1717. ISBN 978-1-62410-013-0. Архивировано из оригинала 2023-01-22 . Получено 2021-04-23 .
32. Ганди, Фархан; Канг, Санг-Гук (2007-08-01). «Балки с контролируемой изгибной жесткостью». Smart Materials and Structures . 16 (4): 1179–1184. Bibcode : 2007SMaS...16.1179G. doi : 10.1088/0964-1726/16/4/028. hdl : 10203/25282 . ISSN  0964-1726. S2CID  136618661.
33. Робинсон, Пол; Бисмарк, Александр; Чжан, Бохао; Мейплз, Генри А. (июнь 2017 г.). «Развертываемые композиты из углеродного волокна с эффектом памяти формы без компонентов с эффектом памяти формы». Composites Science and Technology . 145 : 96–104. doi : 10.1016/j.compscitech.2017.02.024. hdl : 10044/1/49550 . S2CID  136048105. Архивировано из оригинала 28.06.2018 . Получено 23.04.2021 .
34. "Что такое сэндвич-структура?". www.twi-global.com . Архивировано из оригинала 2021-05-23 . Получено 2020-12-17 .
35. "Основы сэндвич-технологии". www.diabgroup.com . Архивировано из оригинала 2018-02-26 . Получено 2020-12-17 .
36. «Является ли древесина композитным материалом или чистым веществом?». WoodWoodLand . 2019-07-09. Архивировано из оригинала 2020-08-12 . Получено 2020-12-17 .
37. "Композитная древесина; что это? Происхождение и преимущества". Silvadec . Архивировано из оригинала 2017-12-01 . Получено 2020-12-17 .
38. "Particulate Composite - an Overview | ScienceDirect Topics". www.sciencedirect.com . Архивировано из оригинала 2022-03-20 . Получено 17-12-2020 .
39. Зия, Абдул Васи; Шах, Атта Ур Рехман; Ли, Сынгун; Сонг, Чон Иль (2015). «Разработка полиэфирных композитов с покрытием из алмазоподобного углерода, армированных абакой, для гидрофобных и наружных структурных применений». Polymer Bulletin . 72 (11): 2797–2808. doi :10.1007/s00289-015-1436-y. ISSN  0170-0839. S2CID  136658990.
40. Новосельский, Рышард; Граматика, Павел; Сакевич, Петр; Бабилас, Рафал (2015-08-01). «Ферромагнитные композиты с полимерной матрицей, состоящей из нанокристаллического наполнителя на основе железа». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 387 : 179–185. Bibcode : 2015JMMM..387..179N. doi : 10.1016/j.jmmm.2015.04.004. ISSN  0304-8853. Архивировано из оригинала 2021-06-14 . Получено 2021-06-14 .
41. "Airbus бросает вызов Boeing с композитным A350 XWB". Materials Today . Архивировано из оригинала 2015-10-23 . Получено 2020-12-17 .
42. Лонго, Джозеф А.; Коенеман, Джеймс Б. (2000), Уайз, Дональд Л.; Трантало, Дебра Дж.; Левандровски, Кай-Уве; Грессер, Джозеф Д. (ред.), «Ортопедические применения композитов из углеродного волокна», Биоматериалы и устройства: Применение в медицине: Том 2. Ортопедические, стоматологические и костные трансплантаты , Тотова, Нью-Джерси: Humana Press, стр. 203–214, doi :10.1007/978-1-59259-197-8_12, ISBN 978-1-59259-197-8, заархивировано из оригинала 2023-01-22 , извлечено 2020-12-19
43. "TPI Composites and Armor Holdings представляют первую полностью композитную военную машину для армии". www.businesswire.com . 2007-07-20. Архивировано из оригинала 2021-05-23 . Получено 2020-12-21 .
44. "Плюсы и минусы тканевых конструкций | Span Design". Архивировано из оригинала 2009-07-27 . Получено 2018-09-24 .
45. "Wind Power Blades Energize Composites Manufacturing". www.ptonline.com . Октябрь 2008 г. Архивировано из оригинала 2011-02-16 . Получено 2020-12-21 .
46. "Протезы из углеродного волокна и бег у ампутантов: обзор". www.clinicalkey.com . Архивировано из оригинала 2013-04-25 . Получено 2020-12-21 .
47. "HMD Global представляет два потрясающих телефона Nokia среднего класса". Android Authority . 2019-09-05. Архивировано из оригинала 2019-09-13 . Получено 2020-12-17 .
48. "Композитные материалы - Использование материалов - AQA - GCSE Химия (отдельная наука) Пересмотр - AQA". BBC Bitesize . Архивировано из оригинала 2021-05-23 . Получено 2020-12-18 .
49. Hubbe, Martin A.; Lucia, Lucian A. «Отношения «любовь-ненависть», присутствующие в лигноцеллюлозных материалах» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2010-03-27 . Получено 2009-12-25 .
50. Дэвид Хон и Нобуо Шираиши, ред. (2001) Химия древесины и целлюлозы, 2-е изд. (Нью-Йорк: Марсель Деккер), стр. 5 и далее.
51. Шехзад, Кхуррам; Сюй, Ян; Гао, Чао; Дуань, Сянфэн (2016). «Трехмерные макроструктуры двумерных наноматериалов». Chemical Society Reviews . 45 (20): 5541–5588. doi :10.1039/c6cs00218h. PMID  27459895.
52. Агболаги, Самира, Салехе Аббаспур и Фарханг Аббаси. «Всесторонний обзор полимерных монокристаллов — от фундаментальных концепций до приложений». Progress in Polymer Science 81 (2018): 22–79. Web.
53. Termonia, Yves (декабрь 1994 г.). «Молекулярное моделирование эластичности паучьего шелка». Macromolecules . 27 (25): 7378–7381. Bibcode :1994MaMol..27.7378T. doi :10.1021/ma00103a018.
54. Quan, Hui; Li, Zhong-Ming; Yang, Ming-Bo; Huang, Rui (июнь 2005 г.). «О транскристалличности в полукристаллических полимерных композитах». Composites Science and Technology . 65 (7–8): 999–1021. doi :10.1016/j.compscitech.2004.11.015.
55. Кетен, Синан; Сюй, Чжипин; Иле, Бритни; Бюлер, Маркус Дж. (14 марта 2010 г.). «Наноконфайнмент контролирует жесткость, прочность и механическую прочность кристаллов β-листов в шелке». Nature Materials . 9 (4): 359–367. Bibcode :2010NatMa...9..359K. doi :10.1038/nmat2704. PMID  20228820. S2CID  17713819.
56. drawpub. "Автоматизированное размещение волокон". Автоматизированная динамика - Композитные конструкции, оборудование автоматизации и инженерные услуги . Архивировано из оригинала 2014-04-12 . Получено 2020-12-17 .
57. "Методы укладки для стеклопластиковых композитов | Библиотека смол". Архивировано из оригинала 2023-01-22 . Получено 2020-12-17 .
58. "Filament Winding - Open Molding". CompositesLab . Архивировано из оригинала 2015-09-27 . Получено 2020-12-17 .
59. Ямагучи, Y. (1994-08-01). "Уникальные методы изготовления MMC и CMC по процессу Lanxide; Lanxide hoshiki ni yoru CMC oyobi MMC no seiho". Seramikkusu (Ceramics Japan) (на японском). 29 . Архивировано из оригинала 2021-05-23 . Получено 2020-12-17 .
60. "Tailored Fibre Placement - сложные композитные конструкции, доставленные на высокой скорости с уменьшенным количеством отходов". Prospector Knowledge Center . 2020-03-12. Архивировано из оригинала 2021-05-23 . Получено 2020-12-17 .
61. Dell'Anno, G.; Treiber, JWG; Partridge, IK (2016-02-01). «Производство композитных деталей, армированных по всей толщине методом тафтинга». Робототехника и компьютерно-интегрированное производство . 37 : 262–272. doi :10.1016/j.rcim.2015.04.004. hdl : 1983/a2f04bfb-1b46-4029-9318-aa47f9c29f2f . ISSN  0736-5845.
62. "Z pinning - CSIR - NAL". www.nal.res.in . Архивировано из оригинала 2020-11-10 . Получено 2020-12-17 .
63. "Автоклавное формование - CSIR - NAL". www.nal.res.in . Архивировано из оригинала 2020-08-05 . Получено 2020-12-18 .
64. "Формование вакуумных мешков - CSIR - NAL". www.nal.res.in . Архивировано из оригинала 2020-08-06 . Получено 2020-12-18 .
65. "Формование под давлением". NetComposites . Архивировано из оригинала 2020-11-10 . Получено 2020-12-18 .
66. "Процессы трансферного формования смол - CSIR - NAL". www.nal.res.in . Архивировано из оригинала 2020-08-06 . Получено 2020-12-18 .
67. "Light Resin Transfer Molding: CompositesWorld". www.compositesworld.com . Архивировано из оригинала 2014-07-22 . Получено 2020-12-18 .
68. "Процессы литья композитных материалов". www.sicomin.com . Архивировано из оригинала 2020-05-14 . Получено 2020-12-20 .
69. "Центробежное литье - закрытое формование". CompositesLab . Архивировано из оригинала 2015-09-26 . Получено 2020-12-20 .
70. Квасьневский, Павел; Кисиевич, Гжегож (2014-11-18). "Исследования по получению композитов Cu-CNT методом непрерывного литья". Металлургия и литейное дело . 40 (2): 83. doi : 10.7494/mafe.2014.40.2.83 . ISSN  2300-8377. Архивировано из оригинала 2021-05-23 . Получено 2020-12-20 .
71. "Filament Winding". NetComposites . Архивировано из оригинала 2021-05-23 . Получено 2020-12-20 .
72. "PRESS MOLDING OF AUTOMOTIVE COMPOSITES – Shape Group". Архивировано из оригинала 2020-09-20 . Получено 2020-12-20 .
73. "Пултрузия - обзор | Темы ScienceDirect". www.sciencedirect.com . Архивировано из оригинала 2021-05-23 . Получено 2020-12-20 .
74. [1], «Система и метод скользящей формовки монолитных железобетонных конструкций из композитного бетона, имеющих несколько функционально дискретных компонентов», опубликовано 2015-05-24  Архивировано 2021-06-08 на Wayback Machine
75. Ким, Хёнг Соп (сентябрь 2000 г.). «О правиле смесей для определения твёрдости композитов, армированных частицами». Materials Science and Engineering: A. 289 ( 1–2): 30–33. doi :10.1016/S0921-5093(00)00909-6.
76. Soboyejo, WO (2003). "9.3.1 Правила постоянной деформации и постоянного напряжения смесей". Механические свойства конструкционных материалов . Марсель Деккер. ISBN 0-8247-8900-8. OCLC  300921090.
77. Кортни, Томас Х. (2000). Механическое поведение материалов (2-е изд.). Лонг-Гроув, Иллинойс: Waveland Press, Inc. стр. 263–265. ISBN 978-1-57766-425-3.
78. У, Сянго; Ян, Цзин; Мпалла, Исса Б. (2013-12-25). «Предварительное проектирование и структурные характеристики типичной гибридной ветряной башни из сверхвысокоэффективных цементных композитов». Structural Engineering and Mechanics . 48 (6): 791–807. doi :10.12989/sem.2013.48.6.791. ISSN  1225-4568.
79. Ли, Мо; Ли, Виктор К. (2012-07-25). «Реология, дисперсия волокон и прочные свойства инженерных цементных композитов». Материалы и конструкции . 46 (3): 405–420. doi :10.1617/s11527-012-9909-z. hdl : 2027.42/94214 . ISSN  1359-5997. S2CID  40139025.
80. «Масштабная обработка инженерных цементных композитов». ACI Materials Journal . 105 (4). 2008. doi :10.14359/19897. ISSN  0889-325X.
81. Зейди, Махди; Ким, Чун ИЛ; Парк, Чул Б. (2021). «Роль интерфейса в механизмах упрочнения и разрушения термопластичных нанокомпозитов, армированных нанофибриллированными каучуками». Nanoscale . 13 (47): 20248–20280. doi :10.1039/D1NR07363J. ISSN  2040-3372. PMID  34851346. S2CID  244288401.
82. Кортни, Томас Х. (2005-12-16). Механическое поведение материалов: Второе издание. Waveland Press. ISBN 978-1-4786-0838-7. Архивировано из оригинала 2023-01-22 . Получено 2020-08-27 .
83. Пак, Су-Джин, автор. (8 октября 2014 г.). Углеродные волокна . Springer. ISBN 978-94-017-9478-7. OCLC  914220273.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
84. Lasikun; Ariawan, Dody; Surojo, Eko; Triyono, Joko (2018). "Влияние ориентации волокон на прочность и ударные свойства композитов Zalacca Midrib fiber-HDPE путем компрессионного формования". 3-я международная конференция по промышленному . Труды конференции AIP. 1927 (1). Джатинангор, Индонезия: 030060. Bibcode :2018AIPC.1931c0060L. doi : 10.1063/1.5024119 .
85. Мортазавиан, Сейедвахид; Фатеми, Али (2015-04-01). «Влияние ориентации волокон и анизотропии на прочность на растяжение и модуль упругости полимерных композитов, армированных короткими волокнами». Композиты Часть B: Инженерное дело . 72 : 116–129. doi :10.1016/j.compositesb.2014.11.041. ISSN  1359-8368.
86. Банакар, Прашант; Шивананда, ХК; Ниранджан, ХБ (2012). «Влияние ориентации и толщины волокон на свойства растяжения ламинированных полимерных композитов». Международный журнал чистых и прикладных наук и технологий . 9 : 61–68. CiteSeerX 10.1.1.419.7778 . 
87. Брахим, Сами Бен; Шейх, Ридха Бен (2007-01-01). «Влияние ориентации волокон и объемной доли на свойства растяжения однонаправленного композита альфа-полиэстера». Composites Science and Technology . 67 (1): 140–147. doi :10.1016/j.compscitech.2005.10.006. ISSN  0266-3538.
88. Azzi, VD; Tsai, SW (1965). «Анизотропная прочность композитов». Experimental Mechanics . 5 (9): 283–288. doi :10.1007/BF02326292. S2CID  135796332. Архивировано из оригинала 20.05.2022 . Получено 20.05.2022 .
89. Лехницкий, С.Г., 1963, Теория упругости анизотропного упругого тела , Holden-Day Inc.
90. Соарес, Карлос А. Мота; Соарес, Кристован М. Мота; Фрейтас, Мануэль Дж. М., ред. (1999). Механика композиционных материалов и конструкций. дои : 10.1007/978-94-011-4489-6. ISBN 978-0-7923-5871-8. Архивировано из оригинала 2023-05-11 . Получено 2023-05-11 .
91. "Углеродное волокно, трубки, профили – намотка нити и композитная инженерия". www.performance-composites.com . Архивировано из оригинала 2020-05-05 . Получено 2020-05-22 .
92. "Производство композитных материалов | Эффективные композиты". www.performancecomposites.com . Архивировано из оригинала 2020-05-03 . Получено 2020-05-22 .
93. "Композитные материалы • Инновационная композитная инженерия". Инновационная композитная инженерия . Архивировано из оригинала 2020-05-05 . Получено 2020-05-22 .
94. "Армирующие ткани – в наличии для отправки в тот же день | Fibre Glast". www.fibreglast.com . Архивировано из оригинала 2020-07-16 . Получено 2020-05-22 .
95. "Намотка нитей, углы углеродного волокна в композитных трубках". www.performance-composites.com . Архивировано из оригинала 2020-05-05 . Получено 2020-05-22 .
96. "Механические свойства композитных материалов из углеродного волокна". www.performance-composites.com . Архивировано из оригинала 2020-06-03 . Получено 2020-05-22 .
97. "Carbon Fiber Composite Design Guide" (PDF) . www.performancecomposites.com . Архивировано (PDF) из оригинала 2020-10-30 . Получено 2020-05-22 .
98. Ma, Binlin; Cao, Xiaofei; Feng, Yu; Song, Yujian; Yang, Fei; Li, Ying; Zhang, Deyue; Wang, Yipeng; He, Yuting (2024-02-15). "Сравнительное исследование низкоскоростного ударного поведения UD, тканых и гибридных UD/тканых FRP-композитных ламинатов". Композиты Часть B: Инженерное дело . 271 : 111133. doi :10.1016/j.compositesb.2023.111133. ISSN  1359-8368.
99. Санчес-Саез, С.; Барберо, Э.; Заера, Р.; Наварро, К. (2005-10-01). «Сжатие после удара тонких композитных ламинатов». Composites Science and Technology . 65 (13): 1911–1919. doi :10.1016/j.compscitech.2005.04.009. hdl : 10016/7498 . ISSN  0266-3538.
100. Уотерман, Памела Дж. «Жизнь композитных материалов». Desktop Engineering Magazine . Апрель 2007. Архивировано из оригинала 2007-12-02.
101. Агдам, ММ; Морсали, СР (ноябрь 2013 г.). «Возникновение повреждений и поведение разрушения однонаправленных композитов с металлической матрицей при повышенных температурах». Computational Materials Science . 79 : 402–407. doi :10.1016/j.commatsci.2013.06.024.
102. Кишор., Дебнат (2017-09-18). Первичное и вторичное производство полимерных матричных композитов . Сингх, Индердип. [Место публикации не указано]. ISBN 9781498799300. OCLC  1004424029.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
103. Что такое анализ методом конечных элементов? ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
104. Мацканин, Джордж А.; Йолкен, Х. Томас. "Методы неразрушающей оценки полимерных матричных композитов" (PDF) . AMMTIAC Quarterly . 2 (4). Архивировано из оригинала (PDF) 2008-12-17.

Дальнейшее чтение

• Роберт М. Джонс (1999). Механика композитных материалов (2-е изд.). Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781560327127.
• Cederbaum G, Elishakoff I, Aboudi J, Librescu L (1992). Случайная вибрация и надежность композитных конструкций . Technomic. Bibcode :1992tech.book.....C.
• Либреску Л., Сонг О. (2006). Тонкостенные композитные балки: теория и применение . Springer.
• Полимеры и полимерные композиты: справочная серия. Springer. 1999. Архивировано из оригинала 21.03.2019 . Получено 21.03.2019 .
• Аутар К. Кау (2005). Механика композитных материалов (2-е изд.). CRC. ISBN 978-0-8493-1343-1.
• Справочник по полимерным композитам для инженеров Леонарда Холлауэя, опубликованный в 1994 г. издательством Woodhead Publishing.
• Мадбули, Сами, Чаокун Чжан и Майкл Р. Кесслер. Биополимеры и композиты на основе растительных масел. Уильям Эндрю, 2015.
• Мэтьюз, Флорида; Роулингс, Р.Д. (1999). Композитные материалы: Инженерия и наука . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0621-1.
• Андреас Хака (2023). Инженерная устойчивость. История композитных материалов в 19-м и 20-м веках . Cham: Springer. ISBN 978-3-658-41408-5.

Внешние ссылки

• ЦЕНТР ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
• Дистанционный курс по полимерам и композитам
• База данных композитных материалов OptiDAT Архивировано 04.11.2013 на Wayback Machine