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 образуются путем объединения материалов в единую структуру со свойствами, отличающимися от свойств отдельных компонентов.

Композиционный материал (также называемый композиционным материалом или сокращенно «композит» , что является общим названием) — это материал , который производится из двух или более составляющих материалов. ^[1] Эти составляющие материалы имеют заметно разные химические или физические свойства и объединяются, чтобы создать материал со свойствами, отличными от отдельных элементов. В готовой структуре отдельные элементы остаются отдельными и различимыми, что отличает композиты от смесей и твердых растворов .

Типичные инженерные композиционные материалы включают в себя:

• Железобетон и каменная кладка
• Композитная древесина, такая как фанера
• Армированные пластмассы , такие как армированный волокном полимер или стекловолокно.
• Керамические матричные композиты ( композитные керамические и металлические матрицы )
• Металломатричные композиты ^{[2] [3]}
• и другие современные композитные материалы

Существуют различные причины, по которым можно отдать предпочтение новому материалу. Типичные примеры включают материалы, которые дешевле, легче, прочнее или долговечнее по сравнению с обычными материалами, а также композитные материалы, полученные из животных и природных источников, с низким углеродным следом. ^[4]

Совсем недавно исследователи также начали активно включать датчики, срабатывание, вычисления и связь в композиты, ^[5] которые известны как роботизированные материалы . ^[6]

Композитные материалы обычно используются для зданий , мостов и конструкций , таких как корпуса лодок , панели бассейнов , кузова гоночных автомобилей , душевые кабины, ванны , резервуары для хранения , искусственный гранит , раковины и столешницы из искусственного мрамора . ^{[7] [8]} Они также все чаще используются в автомобильной промышленности. ^[9]

Самые продвинутые образцы регулярно работают на космических кораблях и самолетах в сложных условиях.

История

Самые ранние композиционные материалы изготавливались из соломы и глины , образуя кирпичи для строительства зданий . Древнее производство кирпича было задокументировано росписями египетских гробниц . ^[10]

Плетение и мазня — один из старейших композитных материалов, которому более 6000 лет. ^[11] Бетон также является композитным материалом и используется чаще, чем любой другой синтетический материал в мире. По состоянию на 2006 год ^[update]ежегодно производится около 7,5 миллиардов кубометров бетона ^[12].

• Древесные растения , как настоящая древесина деревьев , так и такие растения, как пальмы и бамбук , образуют натуральные композиты, которые использовались человечеством в доисторические времена и до сих пор широко используются в строительстве и возведении строительных лесов.
• Фанера , 3400 г. до н. э., ^[13] древних месопотамцев; склеивание древесины под разными углами дает лучшие свойства, чем натуральное дерево.
• Картонаж , слои льна или папируса, пропитанные гипсом, относятся к Первому промежуточному периоду Египта ок. 2181–2055 гг. до н. э. ^[13] и использовался для изготовления посмертных масок .
• Глыбовые кирпичи или глиняные стены (с использованием грязи (глины) с соломой или гравием в качестве связующего вещества) использовались на протяжении тысячелетий. ^[14]
• Бетон был описан Витрувием , который около 25 г. до н. э. в своих «Десяти книгах по архитектуре» выделил типы заполнителей, подходящих для приготовления известковых растворов . В качестве строительных растворов он рекомендовал пуццолану , которая представляла собой вулканический песок из песчано-подобных отложений Поццуоли коричневато-желто-серого цвета возле Неаполя и красновато-коричневого цвета в Риме . Витрувий указывает соотношение 1 части извести к 3 частям пуццолана для цемента, используемого в зданиях, и соотношение извести к пульвису Puteolanus 1: 2 для подводных работ, по сути то же самое соотношение, которое сегодня смешивают для бетона, используемого на море. ^[15] Природные цементные камни после обжига давали цемент, используемый в бетонах с постримских времен до 20-го века, с некоторыми свойствами, превосходящими промышленный портландцемент .
• Папье-маше , смесь бумаги и клея, использовалось уже сотни лет. ^[16]
• Первый пластик, армированный искусственным волокном , представлял собой комбинацию стекловолокна и бакелита , созданную в 1935 году Элом Симисоном и Артуром Д. Литтлом в компании Owens Corning Company ^[17].
• Одним из наиболее распространенных и знакомых композитов является стекловолокно , в котором небольшие стеклянные волокна заключены в полимерный материал (обычно эпоксидную смолу или полиэстер). Стекловолокно относительно прочное и жесткое (но при этом хрупкое), тогда как полимер пластичный (но также слабый и гибкий). Таким образом, полученное стекловолокно является относительно жестким, прочным, гибким и пластичным. ^[18]
• Композитный лук
• Кожаная пушка , деревянная пушка

Примеры

Композитные материалы

Бетон представляет собой смесь клея и заполнителя, образующую прочный и прочный материал, который очень широко используется.

Фанера широко используется в строительстве.

Композитная сэндвич-панель, использованная для испытаний в НАСА

Бетон является наиболее распространенным искусственным композиционным материалом и обычно состоит из рыхлых камней (заполнителей), скрепленных цементной матрицей . Бетон — недорогой материал, он не сжимается и не разрушается даже под действием весьма большой сжимающей силы. ^[19] Однако бетон не может выдержать растягивающую нагрузку ^[20] (т. е. при растяжении он быстро развалится). Поэтому, чтобы придать бетону способность сопротивляться растяжению, в бетон часто добавляют стальные стержни, которые могут противостоять высоким усилиям растяжения (растяжения) для образования железобетона . ^[21]

К полимерам, армированным волокном, относятся полимеры, армированные углеродным волокном, и пластик, армированный стекловолокном . Если классифицировать по матрице, то различают термопластичные композиты , термопласты с короткими волокнами , термопласты с длинными волокнами или термопласты, армированные длинными волокнами . Существует множество термореактивных композитов, в том числе бумажные композитные панели . Многие современные матричные системы из термореактивных полимеров обычно содержат арамидное волокно и углеродное волокно в матрице из эпоксидной смолы . ^{[22] [23]}

Полимерные композиты с памятью формы — это высокоэффективные композиты, в состав которых входят армирующие волокна или ткани и полимерная смола с памятью формы в качестве матрицы. Поскольку в качестве матрицы используется полимерная смола с памятью формы, этими композитами можно легко манипулировать в различных конфигурациях, когда они нагреваются выше температуры активации, и они будут демонстрировать высокую прочность и жесткость при более низких температурах. Их также можно многократно нагревать и изменять форму без потери свойств материала. Эти композиты идеально подходят для таких применений, как легкие, жесткие, развертываемые конструкции; быстрое изготовление; и динамическое армирование. ^{[24] [25]}

Высокодеформированные композиты — это еще один тип высокопроизводительных композитов, которые предназначены для работы в условиях высокой деформации и часто используются в развертываемых системах, где структурный изгиб является предпочтительным. ^{[ нужна цитация ]} Хотя высокодеформированные композиты во многом схожи с полимерами с памятью формы, их характеристики обычно зависят от расположения волокон, а не от содержания смолы в матрице. ^[26]

В композитах также могут использоваться металлические волокна, армирующие другие металлы, например, в композитах с металлической матрицей (MMC) ^[27] или композитах с керамической матрицей (CMC) ^[28] , которые включают кость ( гидроксиапатит , армированный коллагеновыми волокнами), металлокерамику (керамику и металл), и бетон . Композиты с керамической матрицей создаются в первую очередь ради вязкости разрушения , а не прочности. К другому классу композиционных материалов относятся тканые композиционные материалы, состоящие из продольных и поперечных ажурных нитей. Тканые композиты являются гибкими, поскольку они имеют форму ткани.

Композиты с органической матрицей и керамическим заполнителем включают асфальтобетон , полимербетон , мастичный асфальт , гибрид мастичного валика, стоматологический композит , синтаксическую пену и перламутр . ^[29] Броня Чобхэма — это особый тип композитной брони, используемый в военных целях. ^{[ нужна цитата ]}

Кроме того, термопластичные композиционные материалы могут быть составлены из специальных металлических порошков, в результате чего получаются материалы с плотностью в диапазоне от 2 г/см ³ до 11 г/см ³ (такая же плотность, как у свинца). Наиболее распространенное название этого типа материала — «высокоплотное соединение» (HGC), хотя также используется «заменитель свинца». Эти материалы можно использовать вместо традиционных материалов, таких как алюминий, нержавеющая сталь, латунь, бронза, медь, свинец и даже вольфрам, при взвешивании, балансировке (например, изменении центра тяжести теннисной ракетки ) , гашении вибраций, и приложения для защиты от радиации. Композиты высокой плотности являются экономически выгодным вариантом, когда определенные материалы считаются опасными и запрещены (например, свинец) или когда важным фактором являются затраты на вторичные операции (например, механическая обработка, отделка или покрытие). ^[30]

Было проведено несколько исследований, показывающих, что чередование жестких и хрупких полимерных ламинатов на основе эпоксидной смолы, армированных углеродным волокном, с гибкими термопластичными ламинатами может помочь в создании высокопрочных композитов, которые демонстрируют улучшенную ударопрочность. ^[31] Еще одним интересным аспектом таких переплетенных композитов является то, что они способны обладать памятью формы без необходимости использования каких-либо полимеров с памятью формы или сплавов с памятью формы, например, слоев бальзы, прослоенных горячим клеем, ^[32] алюминиевых слоев, прослоенных акриловыми полимерами или ПВХ ^[33] и ламинаты из полимеров, армированных углеродным волокном, с прослойкой из полистирола . ^[34]

Композит со сэндвич-структурой — это особый класс композитного материала, который изготавливается путем прикрепления двух тонких, но жестких оболочек к легкому, но толстому сердечнику. Материал сердцевины обычно представляет собой материал с низкой прочностью, но его большая толщина обеспечивает сэндвич-композиту высокую жесткость на изгиб при общей низкой плотности . ^{[35] [36]}

Древесина представляет собой природный композит, содержащий целлюлозные волокна в матрице лигнина и гемицеллюлозы . ^[37] Инженерная древесина включает в себя широкий спектр различных продуктов, таких как древесноволокнистые плиты, фанера , ориентированно-стружечные плиты , древесно-пластиковые композиты (переработанное древесное волокно в полиэтиленовой матрице), пайкрит (опилки в ледяной матрице), пропитанная пластиком или ламинированная бумага. или текстиль, арборит , формика (пластик) и микарта . Другие ламинированные композиты, такие как Mallite , используют центральную сердцевину из пробкового дерева с торцевыми волокнами , соединенную с поверхностными слоями из легкого сплава или стеклопластика. Они производят материалы с малым весом и высокой жесткостью. ^[38]

Композиты в виде частиц имеют частицы в качестве наполнителя, диспергированные в матрице, которая может быть неметаллом, например стеклом, эпоксидной смолой. Автомобильная шина является примером дисперсного композита. ^[39]

Сообщалось о усовершенствованных полимерных композитах с покрытием из алмазоподобного углерода (DLC) ^[40] , в которых покрытие увеличивает гидрофобность поверхности, твердость и износостойкость.

Ферромагнитные композиты, в том числе с полимерной матрицей, состоящей, например, из нанокристаллического наполнителя из порошков на основе железа 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. ^[41]

Продукты

Армированные волокном композитные материалы завоевали популярность (несмотря на их, как правило, высокую стоимость) в высокопроизводительных изделиях, которые должны быть легкими, но при этом достаточно прочными, чтобы выдерживать суровые условия нагрузки, такие как компоненты аэрокосмической промышленности ( хвостовое оперение , крылья , фюзеляжи , пропеллеры ), лодки и корпуса черепов , рамы велосипедов и кузова гоночных автомобилей . Другие области применения включают удочки , резервуары для хранения , панели для бассейнов и бейсбольные биты . Конструкции Boeing 787 и Airbus A350 , включая крылья и фюзеляж, состоят в основном из композитов. ^[42] Композитные материалы также становятся все более распространенными в сфере ортопедической хирургии , ^[43] и являются наиболее распространенным материалом для хоккейных клюшек.

Углеродный композит является ключевым материалом в современных ракетах-носителях и теплозащитных экранах на этапе спуска космических кораблей . Он широко используется в подложках солнечных панелей, отражателях антенн и ярмах космических кораблей. Он также используется в адаптерах полезной нагрузки, межступенчатых конструкциях и теплозащитных экранах ракет-носителей . Кроме того, в дисковых тормозных системах самолетов и гоночных автомобилей используется углерод/углеродный материал, а композитный материал с углеродными волокнами и матрицей из карбида кремния применяется в автомобилях класса люкс и спортивных автомобилях .

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

В 2007 году компании TPI Composites Inc и Armor Holdings Inc представили полностью композитный военный автомобиль Humvee , первый полностью композитный военный автомобиль . Благодаря использованию композитов автомобиль становится легче, что позволяет увеличить полезную нагрузку. ^[44] В 2008 году углеродное волокно и кевлар DuPont (в пять раз прочнее стали) были объединены с улучшенными термореактивными смолами для изготовления кейсов для военных транспортных средств компанией ECS Composites, создав кейсы на 30 процентов легче и с высокой прочностью.

Трубы и фитинги различного назначения, например, для транспортировки питьевой воды, пожаротушения, ирригации, морской воды, опресненной воды, химических и промышленных отходов, а также сточных вод, теперь производятся из стеклопластика.

Композитные материалы, используемые в натяжных конструкциях для фасадов, обладают преимуществом прозрачности. Тканая основа в сочетании с соответствующим покрытием обеспечивает лучшую светопроницаемость. Это обеспечивает очень комфортный уровень освещенности по сравнению с полной яркостью снаружи. ^[45]

Крылья ветряных турбин, длина которых увеличивается до 50 м, уже несколько лет изготавливаются из композитов. ^[46]

Люди с ампутированными конечностями двух голеней бегают на пружинных искусственных ступнях из углеродного композита так же быстро, как и спортсмены без ампутированных ног. ^[47]

Газовые баллоны высокого давления для пожарных, обычно объемом около 7–9 литров и давлением 300 бар, в настоящее время изготавливаются из углеродного композита. В цилиндрах типа 4 металлическая втулка имеет только резьбу для ввинчивания клапана.

5 сентября 2019 года HMD Global представила Nokia 6.2 и Nokia 7.2 , в корпусах которых, как утверждается, используется полимерный композит. ^[48]

Обзор

Композитная деталь из углеродного волокна.

Композиционные материалы создаются из отдельных материалов. Эти отдельные материалы известны как составляющие материалы, и существует две основные их категории. Один из них является матрицей ( связующим ), а другой – армирующим . ^[49] Нужна хотя бы порция каждого вида. Армирование получает поддержку от матрицы, поскольку матрица окружает армирование и сохраняет свое относительное положение. Свойства матрицы улучшаются, поскольку армирование придает ей исключительные физические и механические свойства. Механические свойства становятся недоступными для отдельных составляющих материалов из-за синергизма. При этом проектировщик изделия или конструкции получает возможность выбрать оптимальное сочетание из многообразия матриц и усиливающих материалов.

Чтобы придать форму инженерным композитам, их необходимо сформировать. Арматура помещается на поверхность формы или в полость формы . До или после этого в матрицу можно вводить арматуру. Матрица подвергается процессу слияния, который обязательно задает форму детали. Это слияние может происходить несколькими способами, в зависимости от природы матрицы, например, затвердевание из расплавленного состояния для композита с термопластической полимерной матрицей или химическая полимеризация для термореактивной полимерной матрицы .

В соответствии с требованиями дизайна конечного изделия могут использоваться различные методы формования. Природа выбранной матрицы и усиления являются ключевыми факторами, влияющими на методологию. Еще одним важным фактором является валовое количество материала, которое необходимо изготовить. Для поддержки высоких капиталовложений в технологии быстрого и автоматизированного производства можно использовать огромные количества. Более дешевые капитальные вложения, но более высокие затраты на рабочую силу и инструменты, соответственно более медленные темпы, способствуют небольшому объему производства.

Во многих композиционных материалах коммерческого производства используется полимерный матричный материал, часто называемый раствором смолы. Доступно множество различных полимеров в зависимости от исходного сырья. Существует несколько широких категорий, каждая из которых имеет множество вариаций. Наиболее распространенными являются полиэстер , винилэфир , эпоксидная смола , фенольная смола , полиимид , полиамид , полипропилен , PEEK и другие. Армирующими материалами часто являются волокна, а также обычно измельченные минералы. Различные методы, описанные ниже, были разработаны для снижения содержания смолы в конечном продукте или увеличения содержания волокна. Как правило, в результате укладки получается продукт, содержащий 60% смолы и 40% волокна, тогда как вакуумная инфузия дает конечный продукт с содержанием 40% смолы и 60% волокна. От этого соотношения во многом зависит прочность изделия.

Мартин Хуббе и Люциан А. Лючия считают, что древесина представляет собой природный композит целлюлозных волокон в матрице лигнина . ^{[50] [51]}

Сердечники в композитах

Некоторые конструкции укладки композита также включают совместное или последующее отверждение препрега со многими другими материалами, такими как пена или соты. Обычно это называется сэндвич-структурой . Это более общая схема для производства капотов, дверей, обтекателей или ненесущих деталей.

Пенопласты с открытой и закрытой ячеистой структурой, такие как поливинилхлорид , полиуретан , полиэтилен или пенополистирол , пробковое дерево , синтаксические пенопласты и соты , обычно используются в качестве материалов сердцевины. Металлическая пена с открытыми и закрытыми порами также может использоваться в качестве основного материала. В последнее время в качестве основных структур стали также использоваться трехмерные графеновые структуры (также называемые пеной графена). В недавнем обзоре Хуррама и Сюй и др. было представлено краткое изложение современных методов изготовления трехмерной структуры графена, а также примеры использования этих пеноподобных структур в качестве основы для их соответствующие полимерные композиты. ^[52]

Полукристаллические полимеры

Хотя эти две фазы химически эквивалентны, полукристаллические полимеры можно охарактеризовать как количественно, так и качественно как композиционные материалы. Кристаллическая часть имеет более высокий модуль упругости и обеспечивает усиление менее жесткой аморфной фазы. Кристалличность полимерных материалов может варьироваться от 0% до 100% ^[53] (объемная доля) в зависимости от молекулярной структуры и термической истории. Для изменения процента кристалличности этих материалов и, следовательно, механических свойств этих материалов, как описано в разделе физических свойств, можно использовать различные методы обработки. Этот эффект наблюдается в самых разных областях: от промышленных пластмасс, таких как полиэтиленовые пакеты для покупок, до пауков, которые могут производить шелк с различными механическими свойствами. ^[54] Во многих случаях эти материалы действуют как композиты частиц со случайно рассеянными кристаллами, известными как сферолиты. Однако их также можно спроектировать так, чтобы они были анизотропными и действовали больше как композиты, армированные волокном. ^[55] В случае паучьего шелка свойства материала могут даже зависеть от размера кристаллов, независимо от объемной доли. ^[56] По иронии судьбы, однокомпонентные полимерные материалы являются одними из наиболее легко настраиваемых известных композитных материалов.

Методы изготовления

Обычно изготовление композита включает смачивание, смешивание или пропитку арматуры матрицей. Затем матрицу заставляют связываться (с помощью тепла или химической реакции) в жесткую структуру. Обычно операция выполняется в открытой или закрытой формовочной форме. Однако порядок и способы введения составляющих существенно меняются. Изготовление композитов осуществляется с помощью широкого спектра методов, включая усовершенствованное размещение волокон (автоматическое размещение волокон), ^[57] процесс укладки распылением стекловолокна , ^[58] накальную намотку , ^[59] ланоксидный процесс , ^[60] индивидуальное размещение волокон , ^[61] тафтинг , ^[62] и z-пиннинг . ^[63]

Обзор плесени

Армирующие и матричные материалы соединяются, уплотняются и отверждаются (обрабатываются) внутри формы для проведения процесса плавления. Форма детали принципиально задается после процесса сварки. Однако при определенных условиях процесса он может деформироваться. Процесс плавления термореактивного полимерного матричного материала представляет собой реакцию отверждения, которая вызвана возможностью воздействия дополнительного тепла или химической активности, такой как органический пероксид. Событием плавления термопластичного полимерного матричного материала является затвердевание из расплавленного состояния. Процесс плавления материала с металлической матрицей, такого как титановая фольга, представляет собой плавление при высоком давлении и температуре, близкой к температуре плавления.

Для многих методов формования подходит обозначение одной детали формы как «нижней» формы, а другой детали формы как «верхней» формы. «Нижний» и «верхний» относятся не к пространственной конфигурации формы, а к разным граням формованной панели. В этой конвенции всегда есть нижняя форма, а иногда и верхняя. Изготовление детали начинается с нанесения материалов на нижнюю форму. Нижняя форма и верхняя форма являются более общими дескрипторами, чем более общие и конкретные термины, такие как охватываемая сторона, охватывающая сторона, сторона A, сторона B, сторона инструмента, чаша, шляпка, оправка и т. д. В непрерывном производстве используется другая номенклатура.

Обычно формованное изделие называют панелью. Это можно назвать литьем для определенных геометрических форм и комбинаций материалов. Его можно назвать профилем некоторых непрерывных процессов. Некоторые из процессов - это автоклавное формование , ^[64] формование в вакуумных мешках , ^[65] формование в мешках под давлением , ^[66] трансферное формование смолы , ^[67] и трансферное формование легкой смолы . ^[68]

Другие методы изготовления

Другие типы изготовления включают литье , ^[69] центробежное литье, ^[70] плетение (на форму ), непрерывное литье , ^[71] накальная намотка , ^[72] пресс-формование, ^[73] трансферное формование , пултрузионное формование, ^[74] и формование скольжения . ^[75] Существуют также возможности формовки, включая намотку с ЧПУ , вакуумную инфузию, мокрую укладку, компрессионное формование и формование термопластов , и это лишь некоторые из них. Для некоторых проектов также требуется практика использования печей отверждения и покрасочных камер.

Способы отделки

Отделка композитных деталей также имеет решающее значение для окончательного дизайна. Многие из этих видов отделки будут включать в себя покрытия, защищающие от дождевой эрозии, или полиуретановые покрытия.

Оснастка

Пресс-форма и вставки пресс-формы называются «оснасткой». Форма/оснастка может быть изготовлена ​​из разных материалов. Инструментальные материалы включают алюминий , углеродное волокно , инвар , никель , армированную силиконовую резину и сталь. Выбор инструментального материала обычно основывается, помимо прочего, на коэффициенте теплового расширения , ожидаемом количестве циклов, допуске конечного изделия, желаемом или ожидаемом состоянии поверхности, методе отверждения, температуре стеклования формуемого материала, методе формования, матрица, стоимость и другие различные соображения.

Физические свойства

График общей прочности композиционного материала как функции объемной доли волокна, ограниченной условиями верхней границы (изонапряжения) и нижней границы (изостресс).

Обычно физические свойства композита не являются изотропными (независимыми от направления приложенной силы). Но они обычно анизотропны (различны 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 изострейн смесей

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

На рисунке а) показано состояние изонапряжения, при котором композитные материалы перпендикулярны приложенной силе, и б) показано состояние изонапряжения, при котором слои параллельны силе. ^[76]

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

где EC — эффективный модуль Юнга композита , а Vi _и E _{i — объемная} доля и модули Юнга композитных фаз соответственно.

Например, для композитного материала, состоящего из α- и β-фаз, как показано на рисунке справа при изонапряжении, модуль Юнга будет следующим:

$${\displaystyle E_{C}=V_{\alpha }E_{\alpha }+V_{\beta }E_{\beta }}$$

_и—

$${\displaystyle \epsilon _{C}=\epsilon _{\alpha }=\epsilon _{\beta }=\epsilon }$$

$${\displaystyle \sigma _{C}=\sigma _{\alpha }V_{\alpha }+\sigma _{\beta }V_{\beta }}$$

$${\displaystyle \sigma _{\beta }=E_{\beta }\epsilon }$$

$${\displaystyle \sigma _{\alpha }=E_{\alpha }\epsilon }$$

$${\displaystyle \sigma _{C}=E_{\alpha }V_{\alpha }\epsilon +E_{\beta }V_{\beta }\epsilon =(E_{\alpha }V_{\alpha }+E_{\beta }V_{\beta })\epsilon }$$

$${\displaystyle E_{C}=(E_{\alpha }V_{\alpha }+E_{\beta }V_{\beta })}$$

Правило изостресса смесей

Нижняя граница диктуется условием изостресса, при котором волокна и матрица ориентированы перпендикулярно направлению нагрузки:

$${\displaystyle \sigma _{C}=\sigma _{\alpha }=\sigma _{\beta }=\sigma }$$

$${\displaystyle \epsilon _{C}=\epsilon _{\alpha }V_{\alpha }+\epsilon _{\beta }V_{\beta }}$$

$${\displaystyle \epsilon _{\beta }={\frac {\sigma }{E_{\beta }}}}$$

$${\displaystyle \epsilon _{\alpha }={\frac {\sigma }{E_{\alpha }}}}$$

$${\displaystyle \epsilon _{c}=V_{\beta }{\frac {\sigma }{\epsilon _{\beta }}}+V_{\alpha }{\frac {\sigma }{\epsilon _{\alpha }}}=({\frac {V_{\alpha }}{\epsilon _{\alpha }}}+{\frac {V_{\beta }}{\epsilon _{\beta }}})\sigma }$$

$${\displaystyle {\frac {1}{E_{C}}}={\frac {V_{\alpha }}{E_{\alpha }}}+{\frac {V_{\beta }}{E_{\beta }}}}$$

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

Следуя приведенному выше примеру, если бы у вас был композитный материал, состоящий из α- и β-фаз в условиях изостресса, как показано на рисунке справа, модуль Юнга состава был бы:

$${\displaystyle E_{C}=(E_{\alpha }E_{\beta })/(V_{\alpha }E_{\beta }+V_{\beta }E_{\alpha })}$$

^[77]

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

где X — это 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 максимизируется, когда волокна выровнены по направлению нагрузки, существует и возможность разрушения волокна при растяжении, если предположить, что прочность на растяжение превышает прочность матрицы. Когда волокно имеет некоторый угол разориентации θ, возможны несколько режимов разрушения. Для малых значений θ напряжение, необходимое для инициирования разрушения, увеличивается в (cos θ) ^{−2 раза} из-за увеличения площади поперечного сечения ( A cos θ) волокна и уменьшения силы ( F/ cos θ), испытываемой волокна, что приводит к прочности композита на растяжение σ _{параллель} / cos ² θ, где σ _{параллель} — это предел прочности композита с волокнами, расположенными параллельно приложенной силе.

Промежуточные углы разориентации θ приводят к разрушению матрицы при сдвиге. Опять же, площадь поперечного сечения изменяется, но поскольку напряжение сдвига теперь является движущей силой разрушения, представляет интерес площадь матрицы, параллельная волокнам, увеличивающаяся в 1/sin θ. Аналогично, сила, параллельная этой области, снова уменьшается ( F/ cos θ), что приводит к общему пределу прочности на разрыв τ _my / sin θ cos θ, где τ _my — прочность матрицы на сдвиг.

Наконец, при больших значениях θ (около π/2) наиболее вероятно возникновение поперечного разрушения матрицы, поскольку волокна больше не несут большую часть нагрузки. Тем не менее, прочность на разрыв будет выше, чем при чисто перпендикулярной ориентации, поскольку сила, перпендикулярная волокнам, уменьшится в 1/sin θ, а площадь уменьшится в 1/sin θ, что даст композитную прочность на разрыв, равную σ _perp / sin ² θ, где σ _perp — предел прочности композита при расположении волокон перпендикулярно приложенной силе. ^[78]

На графике показаны три режима разрушения композитного материала в зависимости от угла разориентации относительно выравнивания волокон параллельно приложенному напряжению.

Большинство коммерческих композитов формируются со случайной дисперсией и ориентацией упрочняющих волокон, и в этом случае модуль Юнга композита будет находиться между границами изонапряжения и изонапряжения. Однако в приложениях, где соотношение прочности к весу спроектировано так, чтобы быть максимально высоким (например, в аэрокосмической промышленности), выравнивание волокон может строго контролироваться.

Жесткость панели также зависит от конструкции панели. Например, используемое волокнистое армирование и матрица, метод изготовления панелей, термореактивный или термопластичный материал, а также тип переплетения.

В отличие от композитов, изотропные материалы (например, алюминий или сталь) в стандартных деформируемых формах обычно обладают одинаковой жесткостью, несмотря на направленную ориентацию приложенных сил и/или моментов. Взаимосвязь между силами/моментами и деформациями/кривизнами для изотропного материала может быть описана с помощью следующих свойств материала: модуля Юнга, модуля сдвига и коэффициента Пуассона в относительно простых математических соотношениях. Для анизотропного материала необходима математика тензора второго порядка и до 21 константы свойств материала. Для частного случая ортогональной изотропии существуют три различные константы свойств материала для каждого из модулей Юнга, модуля сдвига и коэффициента Пуассона - всего 9 констант, выражающих взаимосвязь между силами/моментами и деформациями/кривизной.

Методы, использующие анизотропные свойства материалов, включают в себя пазовые и шиповые соединения (в натуральных композитах, таких как дерево) и пи-соединения в синтетических композитах.

Механические свойства композитов

Армирование частицами

В целом, армирование частицами упрочняет композиты меньше, чем армирование волокнами . Он используется для повышения жесткости композитов при одновременном увеличении прочности и ударной вязкости . Благодаря своим механическим свойствам они используются там, где требуется износостойкость . Например, твердость цемента можно значительно повысить за счет армирования частиц гравия. Армирование частицами - очень выгодный метод настройки механических свойств материалов, поскольку его очень легко реализовать и при этом он имеет низкую стоимость. ^{[79] [80] [81] [82]}

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 может быть найдена эмпирически. ${\displaystyle K_{c}}$

Аналогично, предел прочности композитов, армированных частицами, можно выразить как:

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

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

Армирование непрерывным волокном

В общем, армирование непрерывным волокном реализуется путем включения волокна в качестве сильной фазы в матрицу слабой фазы. Причина популярности использования волокон заключается в том, что в форме волокон можно получить материалы необычайной прочности. Неметаллические волокна обычно имеют очень высокое соотношение прочности и плотности по сравнению с металлическими волокнами из-за ковалентной природы их связей . Самым известным примером этого являются углеродные волокна , которые имеют множество применений: от спортивного снаряжения до защитного снаряжения и космической промышленности . ^{[83] [84]}

Нагрузка на композит может быть выражена 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 напряжением и деформацией можно определить только путем испытаний, существует ожидаемая тенденция - три этапа кривой напряжения-деформации . Первая стадия представляет собой область кривой растяжения, где и волокно, и матрица упруго деформируются . Эту линейно-упругую область можно выразить в следующем виде. ^[83]

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

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 растяжения. Во второй области волокно еще упруго деформировано, а матрица пластически деформирована, поскольку матрица является слабой фазой. Мгновенный модуль можно определить по наклону кривой растяжения 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 значительно меньше первого. ^[83] ${\displaystyle E_{c}'=V_{f}E_{f}}$

В действительности производная напряжения по деформации не всегда возвращает модуль из-за связывающего взаимодействия между волокном и матрицей. Сила взаимодействия этих двух фаз может привести к изменению механических свойств композита. Совместимость волокна и матрицы является мерой внутреннего напряжения . ^[83]

Ковалентно связанные высокопрочные волокна (например, углеродные волокна ) перед разрушением испытывают в основном упругую деформацию , поскольку пластическая деформация может произойти из-за движения дислокаций . В то время как металлические волокна имеют больше места для пластической деформации, поэтому их композиты демонстрируют третью стадию, когда 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 растяжения 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 . Индексы c, f и m обозначают композит, волокно и матрицу соответственно. и относятся к напряжениям течения волокна и матрицы соответственно. Сразу после третьей области композит демонстрирует образование шейки . Деформация сужения композита оказывается между деформацией сужения волокна и матрицы, как и другие механические свойства композитов. Деформация шейки слабой фазы задерживается сильной фазой. Величина задержки зависит от объемной доли сильной фазы. ^[83] ${\displaystyle \sigma }$ ${\displaystyle \epsilon }$ ${\displaystyle \sigma _{f}(\epsilon _{c})}$ ${\displaystyle \sigma _{m}(\epsilon _{c})}$

Таким образом, предел прочности композита можно выразить через объемную долю . ^[83]

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

где TS — предел прочности , — 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 ${\displaystyle \sigma }$ ${\displaystyle \epsilon }$

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

${\displaystyle (T.S.)_{c}=V_{f}(T.S.)_{f}+V_{m}(\sigma _{m})}$ибо 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, что прочность композита на разрыв может быть выше, чем у матрицы, если она 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 на практике это минимальное значение очень низкое, это очень важно знать, поскольку причиной введения непрерывных волокон является улучшение механических свойств материалов/композитов, и это значение объемной доли является порогом этого улучшения. ^[83]

Эффект ориентации волокон

Выровненные волокна

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

При малых углах преобладающий механизм разрушения тот же, что и при выравнивании волокон нагрузки, разрушение при растяжении. Разрешаемая сила, действующая на длину волокон, уменьшается в раз при вращении. . Разрешенная площадь, на которую волокно испытывает воздействие силы, увеличивается в раз в результате вращения. . Примем за эффективную прочность на разрыв и согласованную прочность на разрыв . ^[83] ${\displaystyle \theta \approx 0^{\circ }}$ ${\displaystyle \cos \theta }$ ${\displaystyle F_{\mbox{res}}=F\cos \theta }$ ${\displaystyle \cos \theta }$ ${\displaystyle A_{\mbox{res}}=A_{0}/\cos \theta }$ ${\displaystyle ({\mbox{T.S.}})_{\mbox{c}}=F_{\mbox{res}}/A_{\mbox{res}}}$ ${\displaystyle \sigma _{\parallel }^{*}=F/A}$

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

При умеренных углах материал разрушается при сдвиге. Направление эффективной силы уменьшается по сравнению с выровненным направлением. . Разрешенная область, на которую действует сила, равна . Результирующая прочность на разрыв зависит от прочности матрицы на сдвиг . ^[83] ${\displaystyle \theta \approx 45^{\circ }}$ ${\displaystyle F_{\mbox{res}}=F\cos \theta }$ ${\displaystyle A_{\mbox{res}}=A_{m}/\sin \theta }$ ${\displaystyle \tau _{m}}$

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

При крайних углах преобладающим видом разрушения является разрушение матрицы при растяжении в перпендикулярном направлении. Как и в случае изостресса слоистых композиционных материалов, прочность в этом направлении ниже, чем в ориентированном направлении. Эффективные площади и силы действуют перпендикулярно выровненному направлению, поэтому они оба масштабируются на . Разрешенная прочность на растяжение пропорциональна поперечной прочности . ^[83] ${\displaystyle \theta \approx 90^{\circ }}$ ${\displaystyle \sin \theta }$ ${\displaystyle \sigma _{\perp }^{*}}$

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

Критические углы, при которых изменяется доминирующий механизм разрушения, можно рассчитать как:

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

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

где – критический угол между продольным разрушением и разрушением при сдвиге, а – критический угол между разрушением при сдвиге и поперечным разрушением. ^[83] ${\displaystyle \theta _{c_{1}}}$ ${\displaystyle \theta _{c_{2}}}$

Игнорируя эффекты длины, эта модель является наиболее точной для непрерывных волокон и не отражает эффективно соотношение прочности и ориентации для композитов, армированных короткими волокнами. Более того, в большинстве реалистичных систем не наблюдаются предсказанные локальные максимумы при критических углах. ^{[85] [86] [87] [88]} Критерий Цая -Хилла обеспечивает более полное описание прочности на растяжение волокнистого композита как функции угла ориентации путем объединения вносящих вклад пределов текучести: , , и . ^{[89] [83]} ${\displaystyle \sigma _{\parallel }^{*}}$ ${\displaystyle \sigma _{\perp }^{*}}$ ${\displaystyle \tau _{m}}$

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

Случайно ориентированные волокна

Анизотропию прочности на растяжение армированных волокном композитов можно устранить путем случайного ориентирования направлений волокон внутри материала. При этом предельная прочность в выровненном направлении жертвуется ради общего изотропно упрочненного материала.

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

Где К – эмпирически определенный коэффициент армирования; аналогично уравнению армирования частиц. Для волокон со случайным распределением ориентаций на плоскости и для случайного распределения в 3D . ^[83] ${\displaystyle K\approx 0.38}$ ${\displaystyle K\approx 0.20}$

Жесткость и податливость Эластичность

Для реального применения большая часть композитов представляет собой анизотропный или ортотропный материал . Трехмерный тензор напряжений необходим для анализа напряжений и деформаций. Жесткость и податливость можно записать следующим образом ^[90]

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

Чтобы упростить направление трехмерного напряжения, применяется предположение о плоском напряжении, согласно которому внеплоскостное напряжение и внеплоскостная деформация незначительны или равны нулю. Это и . ^[91] ${\displaystyle \sigma _{3}=\sigma _{4}=\sigma _{5}=0}$ ${\displaystyle \varepsilon _{4}=\varepsilon _{5}=0}$

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

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

Для армированного волокном композита ориентация волокон в материале влияет на анизотропные свойства структуры. На основе метода определения характеристик, т.е. испытания на растяжение, свойства материала измерялись на основе системы координат образца (1-2). Приведенные выше тензоры выражают взаимосвязь напряжения и деформации в системе координат (1-2). При этом известные свойства материала находятся в основной системе координат (xy) материала. Преобразование тензора между двумя системами координат помогает определить свойства материала испытуемого образца. Матрица преобразования с поворотом градусов равна ^[91] ${\displaystyle \theta }$

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

Виды волокон и их механические свойства

Наиболее распространенными типами волокон, используемых в промышленности, являются стекловолокно , углеродное волокно и кевлар из-за простоты производства и доступности. Их механические свойства очень важно знать, поэтому ниже приведена таблица их механических свойств для сравнения со сталью S97 . ^{[92] [93] [94] [95]} 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 , располагая образцы под различными углами (стандартные углы: 0°, 45° и 90°) относительно ориентации волокон внутри композитов. В целом, осевое выравнивание 0° делает композиты устойчивыми к продольному изгибу и осевому растяжению/сжатию, кольцевое выравнивание 90° используется для обеспечения устойчивости к внутреннему/внешнему давлению, а ± 45° является идеальным выбором для получения сопротивления чистому скручиванию. ^[96]

Механические свойства волокнистых композиционных материалов

Механические свойства композитов из углеродного волокна аэрокосмического и коммерческого класса, композитов из стекловолокна, а также алюминиевых сплавов и стали.

Эта таблица демонстрирует одну из важнейших особенностей и преимуществ волокнистых композитов перед металлом – 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

Удары, удары или повторяющиеся циклические нагрузки могут спровоцировать расслоение ламината на границе раздела двух слоев — состояние, известное как расслоение . Отдельные волокна могут отделяться от матрицы, например, при выдергивании волокон .

Композиты могут разрушаться как на макроскопическом , так и на микроскопическом уровне. Нарушение сжатия может произойти как на макроуровне, так и на каждом отдельном армирующем волокне при короблении при сжатии. Разрушение при растяжении может представлять собой чистое разрушение сечения детали или разрушение композита в микроскопическом масштабе, когда один или несколько слоев композита разрушаются при растяжении матрицы или разрушении связи между матрицей и волокнами.

Некоторые композиты хрупкие и обладают небольшим запасом прочности после начального разрушения, в то время как другие могут иметь большие деформации и иметь резервную способность поглощать энергию после начала повреждения. Различия в доступных волокнах и матрицах, а также в смесях , которые можно приготовить из смесей, оставляют очень широкий диапазон свойств, которые можно воплотить в композитной структуре. Самый известный отказ хрупкого композита с керамической матрицей произошел, когда углеродно-углеродная композитная плитка на передней кромке крыла космического корабля « Колумбия» сломалась при ударе во время взлета. Оно привело к катастрофическому разрушению аппарата, когда он снова вошел в атмосферу Земли 1 февраля 2003 года.

Композиты имеют относительно низкую несущую способность по сравнению с металлами.

Тестирование

Композиты тестируются до и после строительства, чтобы помочь в прогнозировании и предотвращении отказов. При испытаниях перед строительством можно использовать анализ методом конечных элементов (FEA) для послойного анализа изогнутых поверхностей и прогнозирования складок, извитости и ямочек на композитах. ^{[99] [100] [101] [102]} Материалы могут быть проверены во время производства и после строительства различными неразрушающими методами, включая ультразвук, термографию, ширографию и рентгеновскую радиографию, ^[103] и лазерный контроль соединения для неразрушающего контроля относительных целостность прочности соединения в локализованном участке.

Смотрите также

• Алюминиевая композитная панель
• Американская ассоциация производителей композитов
• Химическая паровая инфильтрация
• Композитный ламинат
• Эпоксидный гранит
• Гибридный материал
• Процесс укладки
• Нанокомпозит
• Пайкрит
• Правило смесей
• Масштабированные композиты
• Умный материал
• Умные материалы и структуры
• Пустота (композиты)

Рекомендации

1. «Что такое композиты» . Откройте для себя композиты . Архивировано из оригинала 22 мая 2021 г. Проверено 18 декабря 2020 г.
2. Чжоу, М.Ю. и др. «Прогресс в исследованиях гибридных композитов с металлической матрицей». Журнал сплавов и соединений 838 (2020): 155274.
3. Конг, Л.; Хейдари, З.; Лами, Г.Х.; Сабери, А.; Балтату, М.С.; Визуреану, П. Комплексный обзор текущего состояния исследований биоразлагаемых цинковых сплавов и композитов для биомедицинских применений. Материалы 2023, 16, 4797. https://doi.org/10.3390/ma16134797. Архивировано 1 января 2024 г. в Wayback Machine.
4. Непал, Дхрити; Кан, Сэвон; Адстедт, Катарина М.; Канхайя, Кришан; Боксталлер, Майкл Р.; Бринсон, Л. Кэтрин; Бюлер, Маркус Дж.; Ковени, Питер В.; Даял, Кошик; Эль-Авади, Джаафар А.; Хендерсон, Люк К.; Каплан, Дэвид Л .; Кетен, Синан; Котов, Николай А.; Шац, Джордж К. (28 ноября 2022 г.). «Иерархически структурированные биоинспирированные нанокомпозиты». Природные материалы . 22 (1): 18–35. дои : 10.1038/s41563-022-01384-1. ISSN  1476-1122. PMID  36446962. S2CID  254094123. Архивировано из оригинала 12 декабря 2022 г. Проверено 12 декабря 2022 г.
5. МакЭвой, Массачусетс; Коррелл, Н. (19 марта 2015 г.). «Материалы, сочетающие в себе восприятие, срабатывание, вычисления и общение». Наука . 347 (6228): 1261689. doi : 10.1126/science.1261689 . ПМИД  25792332.
6. «Автономные материалы позволят будущим роботам менять цвет и форму» . popsci.com . 20 марта 2015 г. Архивировано из оригинала 27 сентября 2017 г. . Проверено 3 мая 2018 г.
7. «Композиты | Композиционные материалы» . Мар-Бал, Инк . 15 октября 2013 г. Архивировано из оригинала 13 ноября 2015 г. Проверено 18 декабря 2020 г.
8. «Приложения | Композиты Великобритания» . www.compositsuk.co.uk . Архивировано из оригинала 26 февраля 2015 г. Проверено 18 декабря 2020 г.
9. «Достижение внешнего вида класса А на подложках, армированных волокном». www.coatingstech-digital.org . Архивировано из оригинала 20 сентября 2021 г. Проверено 24 июня 2021 г.
10. Хака, Андреас. Инженерная стабильность. История композиционных материалов . Чам: Springer 2023, глава. 1 по «Ранним композитам».
11. Шаффер, Гэри Д. (весна 1993 г.). «Археомагнитное исследование обрушения здания из глины и глины». Журнал полевой археологии . 20 (1): 59–75. дои : 10.2307/530354. JSTOR  530354.
12. «Обзор товаров полезных ископаемых - цемент - 2007 г.» . Геологическая служба США США . 1 июня 2007 г. Архивировано из оригинала 13 декабря 2007 г. Проверено 16 января 2008 г.
13. «История композиционных материалов». Мар-Бал Инкорпорейтед. 19 августа 2013 г. Архивировано из оригинала 4 января 2018 г. Проверено 3 января 2018 г.
14. «Является ли Коб композитом?». .expandusceramics.com . 27 августа 2019 г. Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 19 декабря 2020 г.
15. Хизер Лехтман и Линн Хоббс «Римский бетон и римская архитектурная революция», Керамика и цивилизация, Том 3: Высокотехнологичная керамика: прошлое, настоящее, будущее , под редакцией WD Kingery и опубликовано Американским обществом керамики, 1986; и Витрувий, Книга II:v,1; Книга V:xii2
16. «Папье-маше - Статьи - Папье-маше и бумажная глина» . www.papiermache.co.uk . Архивировано из оригинала 29 апреля 2011 г. Проверено 19 декабря 2020 г.
17. Основные этапы развития Owens Corning, 2017 г.
18. «Что такое стекловолокно или стекловолокно?». www.fibreglassdirect.co.uk . Архивировано из оригинала 30 сентября 2020 г. Проверено 19 декабря 2020 г.
19. "Плиты на уклоне" . Строительство Knowldegs.net. Архивировано из оригинала 2 октября 2017 года . Проверено 3 января 2018 г.
20. «Поведение бетона при растяжении». Конструктор. 06.12.2012. Архивировано из оригинала 4 января 2018 года . Проверено 3 января 2018 г.
21. «Железобетон». www.designingbuildings.co.uk . Архивировано из оригинала 11 июля 2016 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
22. Рив, Скотт. «3 причины использовать армированный волокном полимер (FRP)». www.compositeadvantage.com . Архивировано из оригинала 24 октября 2020 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
23. «Руководство для начинающих по армированным волокном пластикам (FRP) - Craftech Industries - Высокопроизводительные пластмассы - [phone]» . Крафтэк Индастриз . 05.08.2014. Архивировано из оригинала 14 мая 2017 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
24. «Полимеры с памятью формы - Полное руководство» . www.bpf.co.uk. _ Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
25. "Полимеры с памятью формы | Университет Шеффилда Халлама" . www.shu.ac.uk. _ Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
26. «Разрушение волокна при растяжении на высокодеформированных композитах» (PDF) . Университет Колорадо, Боулдер . Архивировано (PDF) из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
27. «7: Композиты с металлической матрицей | Школа материаловедения и инженерии» . www.materials.unsw.edu.au . Архивировано из оригинала 25 января 2021 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
28. Л; Co, L. Специальная печь; Л, Инк; Co, L. Специальная печь; Aston, Inc. 20 Кент Роуд; Пенсильвания: 19014 877.846.7628 (30 августа 2018 г.). «Что такое композиты с керамической матрицей?». L&L Special Furnace Co, Inc. Архивировано из оригинала 28 сентября 2020 г. Проверено 17 декабря 2020 г. {{cite web}}: |first3=имеет общее имя ( справка )CS1 maint: numeric names: authors list (link)
29. «Композитный материал». хай-текиндия . Архивировано из оригинала 03 марта 2021 г. Проверено 21 декабря 2020 г.
30. «Термопластичные композиты - Введение» . AZoM.com . 15 февраля 2001 г. Архивировано из оригинала 5 апреля 2012 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
31. Цюань, Донг; Болонья, Франческа; Скарселли, Дженнаро; Иванкович, Алоиз; Мерфи, Нил (01 января 2020 г.). «Межслойная вязкость разрушения авиационно-космического класса, армированного углеродным волокном, с промежутками из термопластической вуали». Композиты. Часть A: Прикладная наука и производство . 128 : 105642. doi : 10.1016/j.compositesa.2019.105642. ISSN  1359-835Х. S2CID  210519993. Архивировано из оригинала 23 апреля 2021 г. Проверено 23 апреля 2021 г.
32. Гордон, Бенджамин; Кларк, Уильям (23 апреля 2007 г.). «Морфирование структур путем изменения жесткости». 48-я конференция AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC «Структуры, структурная динамика и материалы» . Структуры, структурная динамика и материалы, а также совместные конференции. Гонолулу, Гавайи: Американский институт аэронавтики и астронавтики. дои : 10.2514/6.2007-1717. ISBN 978-1-62410-013-0. Архивировано из оригинала 22 января 2023 г. Проверено 23 апреля 2021 г.
33. Ганди, Фархан; Канг, Сан-Гук (1 августа 2007 г.). «Балки с управляемой изгибной жесткостью». Умные материалы и конструкции . 16 (4): 1179–1184. Бибкод : 2007SMaS...16.1179G. дои : 10.1088/0964-1726/16/4/028. hdl : 10203/25282 . ISSN  0964-1726. S2CID  136618661.
34. Робинсон, Пол; Бисмарк, Александр; Чжан, Бохао; Мэйплс, Генри А. (июнь 2017 г.). «Развертывающиеся композиты из углеродного волокна с памятью формы без компонентов с памятью формы». Композитные науки и технологии . 145 : 96–104. doi : 10.1016/j.compscitech.2017.02.024. hdl : 10044/1/49550 . S2CID  136048105. Архивировано из оригинала 28 июня 2018 г. Проверено 23 апреля 2021 г.
35. «Что такое сэндвич-структура?» www.twi-global.com . Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
36. «Основы сэндвич-технологии». www.diabgroup.com . Архивировано из оригинала 26 февраля 2018 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
37. «Древесина — композитный материал или чистое вещество?». ВудВудЛэнд . 09.07.2019. Архивировано из оригинала 12 августа 2020 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
38. «Композитная древесина; что это такое? Происхождение и преимущества». Сильвадек . Архивировано из оригинала 1 декабря 2017 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
39. «Композит твердых частиц - обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Архивировано из оригинала 20 марта 2022 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
40. Зия, Абдул Васи; Шах, Атта Ур Рехман; Ли, Сынхун; Сон, Юнг Иль (2015). «Разработка полиэфирных композитов, армированных абакой, с алмазоподобным углеродным покрытием для гидрофобных и наружных конструкций». Полимерный вестник . 72 (11): 2797–2808. дои : 10.1007/s00289-015-1436-y. ISSN  0170-0839. S2CID  136658990.
41. Новосельский, Рышард; Граматика, Павел; Сакевич, Петр; Бабилас, Рафал (01 августа 2015 г.). «Ферромагнитные композиты с полимерной матрицей, состоящие из нанокристаллического наполнителя на основе железа». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 387 : 179–185. Бибкод : 2015JMMM..387..179N. дои : 10.1016/j.jmmm.2015.04.004. ISSN  0304-8853. Архивировано из оригинала 14 июня 2021 г. Проверено 14 июня 2021 г.
42. «Airbus бросает вызов Boeing с помощью композитного A350 XWB» . Материалы сегодня . Архивировано из оригинала 23 октября 2015 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
43. Лонго, Джозеф А.; Кунеман, Джеймс Б. (2000), Уайз, Дональд Л.; Трантоло, Дебра Дж.; Левандровски, Кай-Уве; Грессер, Джозеф Д. (ред.), «Ортопедическое применение композитов из углеродного волокна», « Инженерия биоматериалов и устройства: применение человека: том 2. Применение ортопедических, стоматологических и костных трансплантатов» , Тотова, Нью-Джерси: Humana Press, стр. 203– 214, номер домена : 10.1007/978-1-59259-197-8_12, ISBN 978-1-59259-197-8, заархивировано из оригинала 22 января 2023 г. , получено 19 декабря 2020 г.
44. «Композиты TPI и Armor Holdings представляют первую армейскую полностью композитную военную машину» . www.businesswire.com . 20 июля 2007 г. Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 21 декабря 2020 г.
45. «Плюсы и минусы тканевых конструкций | Span Design» . Архивировано из оригинала 27 июля 2009 г. Проверено 24 сентября 2018 г.
46. «Лопасти ветроэнергетики активизируют производство композитов» . www.ptonline.com . Октябрь 2008 г. Архивировано из оригинала 16 февраля 2011 г. Проверено 21 декабря 2020 г.
47. «Протезы из углеродного волокна и бег у людей с ампутированными конечностями: обзор». www.clinicalkey.com . Архивировано из оригинала 25 апреля 2013 г. Проверено 21 декабря 2020 г.
48. «HMD Global представляет два потрясающих телефона Nokia среднего класса» . Администрация Андроида . 05.09.2019. Архивировано из оригинала 13 сентября 2019 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
49. «Композитные материалы - Использование материалов - AQA - Редакция GCSE по химии (единая наука) - AQA» . BBC Bitesize . Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 18 декабря 2020 г.
50. Хуббе, Мартин А.; Люсия, Люциан А. «Отношения «любовь-ненависть», присутствующие в лигноцеллюлозных материалах» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 27 марта 2010 г. Проверено 25 декабря 2009 г.
51. Дэвид Хон и Нобуо Сираиси, ред. (2001) Химия древесины и целлюлозы, 2-е изд. (Нью-Йорк: Марсель Деккер), с. 5 и далее.
52. Шехзад, Хуррам; Сюй, Ян; Гао, Чао; Дуань, Сянфэн (2016). «Трехмерные макроструктуры двумерных наноматериалов». Обзоры химического общества . 45 (20): 5541–5588. дои : 10.1039/c6cs00218h. ПМИД  27459895.
53. Агболаги, Самира, Салех Аббаспур и Фарханг Аббаси. «Комплексный обзор монокристаллов полимеров - от фундаментальных концепций к приложениям». Прогресс в науке о полимерах 81 (2018): 22–79. Веб.
54. Термония, Ив (декабрь 1994 г.). «Молекулярное моделирование эластичности паучьего шелка». Макромолекулы . 27 (25): 7378–7381. Бибкод : 1994МаМол..27.7378T. дои : 10.1021/ma00103a018.
55. Цюань, Хуэй; Ли, Чжун-Мин; Ян, Мин-Бо; Хуан, Жуй (июнь 2005 г.). «О транскристалличности в полукристаллических полимерных композитах». Композитные науки и технологии . 65 (7–8): 999–1021. doi : 10.1016/j.compscitech.2004.11.015.
56. Кетен, Синан; Сюй, Чжипин; Иль, Бритни; Бюлер, Маркус Дж. (14 марта 2010 г.). «Наноконфайнмент контролирует жесткость, прочность и механическую прочность кристаллов β-листа в шелке». Природные материалы . 9 (4): 359–367. Бибкод : 2010NatMa...9..359K. дои : 10.1038/nmat2704. PMID  20228820. S2CID  17713819.
57. DrawPub. «Автоматическое размещение волокон». Автоматизированная динамика – композитные конструкции, средства автоматизации и инженерные услуги . Архивировано из оригинала 12 апреля 2014 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
58. «Методы укладки композитов из стекловолокна | Библиотека смол» . Архивировано из оригинала 22 января 2023 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
59. «Накальная обмотка - открытое формование» . Лаборатория композитов . Архивировано из оригинала 27 сентября 2015 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
60. Ямагучи, Ю. (1 августа 1994 г.). «Уникальные методы получения MMC и CMC с помощью процесса Lanxide; Lanxide hoshiki ni yoru CMC oyobi MMC no seiho». Серамиккусу (Керамика Японии) (на японском языке). 29 . Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
61. «Индивидуальное размещение волокон - сложные композитные конструкции, доставляемые быстро и с меньшим количеством отходов» . Центр знаний старателя . 2020-03-12. Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
62. Делл'Анно, Г.; Трейбер, JWG; Партридж, Индиана (01 февраля 2016 г.). «Изготовление композиционных деталей, армированных по толщине тафтингом». 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.
63. "Z-закрепление - CSIR - NAL" . www.nal.res.in. _ Архивировано из оригинала 10 ноября 2020 г. Проверено 17 декабря 2020 г.
64. "Автоклавное формование - ЦСИР - НАЛ" . www.nal.res.in. _ Архивировано из оригинала 5 августа 2020 г. Проверено 18 декабря 2020 г.
65. «Флеймование вакуумных пакетов - CSIR - NAL» . www.nal.res.in. _ Архивировано из оригинала 06 августа 2020 г. Проверено 18 декабря 2020 г.
66. «Литье под давлением». Неткомпозиты . Архивировано из оригинала 10 ноября 2020 г. Проверено 18 декабря 2020 г.
67. «Процессы трансферного формования смолы - CSIR - NAL» . www.nal.res.in. _ Архивировано из оригинала 06 августа 2020 г. Проверено 18 декабря 2020 г.
68. "Трансферное формование легкой смолы: CompositesWorld" . www.compositesworld.com . Архивировано из оригинала 22 июля 2014 г. Проверено 18 декабря 2020 г.
69. «Процессы литья композитов». www.sicomin.com . Архивировано из оригинала 14 мая 2020 г. Проверено 20 декабря 2020 г.
70. «Центробежное литье - закрытое формование» . Лаборатория композитов . Архивировано из оригинала 26 сентября 2015 г. Проверено 20 декабря 2020 г.
71. Квасьневский, Павел; Кесевич, Гжегож (18 ноября 2014 г.). «Исследования по получению композитов Cu-CNT методом непрерывного литья». Металлургия и литейное дело . 40 (2): 83. дои : 10.7494/mafe.2014.40.2.83 . ISSN  2300-8377. Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 20 декабря 2020 г.
72. «Накальная обмотка». Неткомпозиты . Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 20 декабря 2020 г.
73. «ПРЕССОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ - Группа форм» . Архивировано из оригинала 20 сентября 2020 г. Проверено 20 декабря 2020 г.
74. «Пултрузия - обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Архивировано из оригинала 23 мая 2021 г. Проверено 20 декабря 2020 г.
75. [1], «Система и способ скользящего формирования монолитных железобетонных конструкций, имеющих множество функционально дискретных компонентов», выпущено 24 мая 2015 г.  Архивировано 8 июня 2021 г. на Wayback Machine.
76. Ким, Хён Соп (сентябрь 2000 г.). «О правилах смесей для определения твердости армированных композитов». Материаловедение и инженерия: А. 289 (1–2): 30–33. дои : 10.1016/S0921-5093(00)00909-6.
77. Собоеджо, Вирджиния (2003). «9.3.1 Правила постоянной деформации и постоянного напряжения для смесей». Механические свойства конструкционных материалов . Марсель Деккер. ISBN 0-8247-8900-8. ОСЛК  300921090.
78. 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.
79. Ву, Сянго; Ян, Цзин; Мпалла, Исса Б. (25 декабря 2013 г.). «Предварительный проект и конструктивные особенности типичной гибридной ветряной башни, изготовленной из сверхвысокоэффективных цементных композитов». Строительная техника и механика . 48 (6): 791–807. дои : 10.12989/sem.2013.48.6.791. ISSN  1225-4568.
80. Ли, Мо; Ли, Виктор К. (25 июля 2012 г.). «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.
81. «Крупномасштабная переработка инженерных цементных композитов». Журнал материалов ACI . 105 (4). 2008. дои : 10.14359/19897. ISSN  0889-325X.
82. Зейди, Махди; Ким, Чун И.Л.; Пак, Чул Б. (2021). «Роль интерфейса в механизмах упрочнения и разрушения термопластических нанокомпозитов, армированных нанофибриллированными каучуками». Наномасштаб . 13 (47): 20248–20280. дои : 10.1039/D1NR07363J. ISSN  2040-3372. PMID  34851346. S2CID  244288401.
83. Кортни, Томас Х. (16 декабря 2005 г.). Механическое поведение материалов: второе издание. Уэйвленд Пресс. ISBN 978-1-4786-0838-7. Архивировано из оригинала 22 января 2023 г. Проверено 27 августа 2020 г.
84. Пак, Су Джин, автор. (8 октября 2014 г.). Углеродные волокна . Спрингер. ISBN 978-94-017-9478-7. ОКЛК  914220273.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
85. Ласикун; Ариаван, Доди; Суроджо, Эко; Триёно, Джоко (2018). «Влияние ориентации волокон на растяжение и ударные свойства композитов Zalacca Midrib-HDPE при компрессионном формовании». 3-я Международная конференция по промышленной тематике . Материалы конференции AIP. Джатинангор, Индонезия. 1927 (1): 030060. Бибкод : 2018AIPC.1931c0060L. дои : 10.1063/1.5024119 .
86. Мортазавиан, Сейедвахид; Фатеми, Али (01 апреля 2015 г.). «Влияние ориентации и анизотропии волокон на прочность на разрыв и модуль упругости полимерных композитов, армированных короткими волокнами». Композиты. Часть B: Инженерия . 72 : 116–129. doi : 10.1016/j.compositesb.2014.11.041. ISSN  1359-8368.
87. Банакар, Прашант; Шивананда, Гонконг; Ниранджан, Х.Б. (2012). «Влияние ориентации и толщины волокон на свойства растяжения слоистых полимерных композитов». Международный журнал чистых и прикладных наук и технологий . 9 : 61–68. CiteSeerX 10.1.1.419.7778 . 
88. Брахим, Сами Бен; Шейх, Рида Бен (1 января 2007 г.). «Влияние ориентации волокон и объемной доли на свойства растяжения однонаправленного альфа-полиэфирного композита». Композитные науки и технологии . 67 (1): 140–147. doi : 10.1016/j.compscitech.2005.10.006. ISSN  0266-3538.
89. Аззи, В.Д.; Цай, Юго-Запад (1965). «Анизотропная прочность композитов». Экспериментальная механика . 5 (9): 283–288. дои : 10.1007/BF02326292. S2CID  135796332. Архивировано из оригинала 20 мая 2022 г. Проверено 20 мая 2022 г.
90. Лехницкий, С.Г., 1963, Теория упругости анизотропного упругого тела , Holden-Day Inc.
91. 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 11 мая 2023 г. Проверено 11 мая 2023 г.
92. «Углеродное волокно, трубы, профили - накальная намотка и композитная техника» . www. Performance-Composites.com . Архивировано из оригинала 5 мая 2020 г. Проверено 22 мая 2020 г.
93. «Производство композитов | Композиты с высокими эксплуатационными характеристиками» . www.performancecomposites.com . Архивировано из оригинала 3 мая 2020 г. Проверено 22 мая 2020 г.
94. «Композитные материалы • Инновационная композитная техника». Инновационная композитная инженерия . Архивировано из оригинала 5 мая 2020 г. Проверено 22 мая 2020 г.
95. «Армирующие ткани - в наличии, доставка в тот же день | Стекловолокно» . www.fibreglast.com . Архивировано из оригинала 16 июля 2020 г. Проверено 22 мая 2020 г.
96. «Накальная намотка, углы из углеродного волокна в композитных трубках» . www. Performance-Composites.com . Архивировано из оригинала 5 мая 2020 г. Проверено 22 мая 2020 г.
97. «Механические свойства композиционных материалов из углеродного волокна». www. Performance-Composites.com . Архивировано из оригинала 3 июня 2020 г. Проверено 22 мая 2020 г.
98. «Руководство по проектированию композитных материалов из углеродного волокна» (PDF) . www.performancecomposites.com . Архивировано (PDF) из оригинала 30 октября 2020 г. Проверено 22 мая 2020 г.
99. Уотерман, Памела Дж. «Жизнь композитных материалов». Журнал настольной инженерии . Апрель 2007 г. Архивировано из оригинала 02 декабря 2007 г.
100. Агдам, ММ; Морсали, СР (ноябрь 2013 г.). «Начало повреждения и поведение разрушения однонаправленных композитов с металлической матрицей при повышенных температурах». Вычислительное материаловедение . 79 : 402–407. doi : 10.1016/j.commatsci.2013.06.024.
101. Кишор., Дебнат (18 сентября 2017 г.). Первичное и вторичное производство композитов с полимерной матрицей . Сингх, Индердип. [Место издания не указано]. ISBN 9781498799300. ОКЛК  1004424029.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
102. Что такое анализ методом конечных элементов? ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
103. Мацканин, Джордж А.; Йолкен, Х. Томас. «Методы неразрушающего контроля композитов с полимерной матрицей» (PDF) . АМТИАК Ежеквартальный журнал . 2 (4). Архивировано из оригинала (PDF) 17 декабря 2008 г.

дальнейшее чтение

• Роберт М. Джонс (1999). Механика композиционных материалов (2-е изд.). Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781560327127.
• Седербаум Г., Элишакофф И., Абуди Дж., Либреску Л. (1992). Случайная вибрация и надежность композитных конструкций . Техномический. Бибкод : 1992tech.book.....C.
• Либреску Л., Сонг О. (2006). Тонкостенные композитные балки: теория и применение . Спрингер.
• Полимеры и полимерные композиты: справочная серия. Спрингер. 1999. Архивировано из оригинала 21 марта 2019 г. Проверено 21 марта 2019 г.
• Аутар К. Кау (2005). Механика композиционных материалов (2-е изд.). КПР. ISBN 978-0-8493-1343-1.
• Справочник по полимерным композитам для инженеров Леонарда Холлауэя, опубликованный в 1994 г., издательство Woodhead Publishing.
• Мэдбули, Сами, Чаоцюнь Чжан и Майкл Р. Кесслер. Биологические полимеры и композиты на основе растительных масел. Уильям Эндрю, 2015.
• Мэтьюз, Флорида; Роулингс, Р.Д. (1999). Композиционные материалы: техника и наука . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-0-8493-0621-1.
• Андреас Хака (2023). Инженерная стабильность. История композиционных материалов в XIX и XX веках . Чам: Спрингер. ISBN 978-3-658-41408-5.

Внешние ссылки

• Центр проектирования и производства композитов
• Курс дистанционного обучения по полимерам и композитам
• База данных композитных материалов OptiDAT. Архивировано 4 ноября 2013 г. на Wayback Machine.