Subsections 1.1.3 and 1.1.4 is done
This commit is contained in:
@@ -51,6 +51,17 @@
|
||||
Language = {russian}
|
||||
}
|
||||
|
||||
@BOOK{bib:sidorenko,
|
||||
Author = {Сидоренко~Ю.~Н.},
|
||||
Title = {Конструкционные и функциональные волокнистые композиционный
|
||||
материалы. Учебное пособие.},
|
||||
Publisher = {Изд.-во ТГУ},
|
||||
Address = {Томск},
|
||||
Year = {2006},
|
||||
Pages = {107},
|
||||
Language = {russian}
|
||||
}
|
||||
|
||||
@ARTICLE{bib:dedkov1,
|
||||
Author = {Дедков~Д.~В. and Зайцев~А.~В. and Ташкинов~А.~А. },
|
||||
Title = {Концентрация напряжений в слое тканого композита с закрытыми внутренними технологическими порами},
|
||||
|
||||
161
c1.tex
161
c1.tex
@@ -1,19 +1,20 @@
|
||||
\chapter{Зависимость деформационных и прочностных свойств тканых УУКМ от
|
||||
наличия локальных концентраторов напряжений}
|
||||
\chapter{Зависимость деформационных и прочностных свойств тканых композитов с
|
||||
поликристаллической матрицей от наличия локальных концентраторов напряжений}
|
||||
|
||||
\section{Технологические операции изготовления конструкций из тканых УУКМ,
|
||||
приводящие к появлению локальных концентраторов напряжений}
|
||||
\section{Технологические операции изготовления конструкций из тканых
|
||||
композиционных материалов, приводящие к появлению локальных концентраторов
|
||||
напряжений}
|
||||
|
||||
\subsection{Описание технологического процесса изготовления
|
||||
углеродных волокон}
|
||||
\subsection{Описание технологического процесса изготовления волокон}
|
||||
|
||||
Углеродные волокна обладают уникальными механическими и физическими свойствами
|
||||
по раду показателей: высокая теплостойкость, низкие коэффициенты трения и
|
||||
температурного расширения, высокая стойкость к атмосферным воздействиям и
|
||||
химическим реагентам. Исходными материалами для получения углеродных волокон
|
||||
являются химические волокна и углеродные пеки.
|
||||
Волокна, используемые в тканых композитах с поликристаллической матрицей
|
||||
обладают уникальными механическими и физическими свойствами по раду показателей:
|
||||
высокая теплостойкость, низкие коэффициенты трения и температурного расширения,
|
||||
высокая стойкость к атмосферным воздействиям и химическим реагентам. Исходными
|
||||
материалами для получения таких волокон являются химические волокна и
|
||||
углеродные пеки.
|
||||
|
||||
Технологический процесс получения углеродных волокон включает в себя стадии
|
||||
Технологический процесс получения волокон включает в себя стадии
|
||||
текстильной подготовки материала, окисления, карбонизации и графитизации.
|
||||
|
||||
Во время текстильной подготовки из целлюлозного материала удаляется влага,
|
||||
@@ -34,7 +35,7 @@ $900\dots1500^\circ\mathrm{C}$. На этой стадии продолжают
|
||||
средах нейтральных газов азота или аргона, которые предотвращают воздействие на
|
||||
целлюлозу кислорода из воздуха.
|
||||
|
||||
При графитизации углеродные влокна подвергаются высокотемпературной обработке.
|
||||
При графитизации влокна подвергаются высокотемпературной обработке.
|
||||
Начальная температура графитизации определяется конечной температурой
|
||||
карбонизации, а конечная находится в пределах $2600\dots2800^\circ\mathrm{C}$.
|
||||
В процессе графитизации происходит насыщение волокон углеродом до содержания не
|
||||
@@ -43,7 +44,7 @@ $900\dots1500^\circ\mathrm{C}$. На этой стадии продолжают
|
||||
|
||||
Наряду с гидратцеллюлозным волокном в качестве сырья для получения углеродных
|
||||
материалов используют ПАН-волокно. Из него изготавливают высокопрочные,
|
||||
высокомодульные углеродные волокна. Одним из преимуществ ПАН-волокна является
|
||||
высокомодульные волокна. Одним из преимуществ ПАН-волокна является
|
||||
высокое содержание углерода --- около $40\%$ от массы полимера. Стадии процесса
|
||||
получения углеродных волокнистых материалов из ПАН-волокна и вискозного сырья
|
||||
аналогичны.
|
||||
@@ -53,11 +54,15 @@ $900\dots1500^\circ\mathrm{C}$. На этой стадии продолжают
|
||||
волокон из пеков включает в себя следующие стадии: приготовление пека,
|
||||
формование волокна, карбонизацию и графитизацию.
|
||||
|
||||
Углеродные волокна, применяемые для армирования конструкционных материалов
|
||||
условно могут быть разделены на две группы: высокомодульные ($E_1^+ = 300\dots
|
||||
700$~ГПа, $\sigma_1^- = 2\dots 2.5$~ГПа) и высокопрочные ($E_1^- = 200\dots
|
||||
250$~ГПа, $\sigma_1^+ = 2.5\dots 3.2$~ГПа)
|
||||
\cite{bib:bulanov, bib:sokolkin}.
|
||||
Волокна, применяемые для армирования конструкционных материалов условно могут
|
||||
быть разделены на две группы:
|
||||
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item высокомодульные --- $E_1^+ = 300\dots700$~ГПа, $\sigma_1^- = 2\dots
|
||||
2.5$~ГПа;
|
||||
\item высокопрочные --- $E_1^- = 200\dots 250$~ГПа, $\sigma_1^+ = 2.5\dots
|
||||
3.2$~ГПа \cite{bib:bulanov, bib:sokolkin}.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
\subsection{Изготовление тканей}
|
||||
|
||||
@@ -113,7 +118,123 @@ $900\dots1500^\circ\mathrm{C}$. На этой стадии продолжают
|
||||
|
||||
\subsection{Матричные материалы}
|
||||
|
||||
Роль матрицы в армированном композите заключается в придании изделию
|
||||
необходимой формы и создании монолитного материала. Объединяя в одно целое
|
||||
армирующий наполнитель, матрица позволяет композиции воспринимать различного
|
||||
рода внешние нагрузки, такие как растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг и кручение.
|
||||
Также матрица принимает участие в создании несущей способности композита,
|
||||
обеспечивая передачу усилий на волокна.
|
||||
|
||||
К матрицам предъявляют ряд требований, которые можно разделить на
|
||||
эксплуатационные и технологические. К первым относятся требования,
|
||||
обусловленные механическими и физикохимическими свойствами материала матрицы,
|
||||
которые обеспечивают работоспособность композиции при действии различных
|
||||
эксплуатационных факторов:
|
||||
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item механические свойства матрицы должны обеспечивать эффективную работу
|
||||
волокон при различных видах нагрузок;
|
||||
\item природа матрицы определяет уровень рабочих температур композита,
|
||||
характер изменения свойств при воздействии атмосферных и других факторов.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
Технологические требования определяются осуществляемыми одновременно процессами
|
||||
получения композита и изделия из него. Эти процессы включают совмещение
|
||||
армирующих волокон с матрицей и окончательное формование изделия.
|
||||
|
||||
Исходными материалами для получение поликристаллической матрицы могут быть
|
||||
органические смолы с высоким коксовым числом и пеки. При этом важно, чтобы
|
||||
исходные материалы обладали высоким содержанием ароматических углеводородов,
|
||||
высокой молекулярной массой, а также развитыми поперечными химическими связями.
|
||||
|
||||
В зависимости от фазового состояния исходных материалов различают следующие
|
||||
способы уплотнения матрицы:
|
||||
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item с использованием газообразных углеводородов (природный газ, метан,
|
||||
пропан-бутан, бензол и т.п.);
|
||||
\item с использованием жидких углеводородов с большим выходом кокса (пеки,
|
||||
смолы);
|
||||
\item комбинированный, включающий в себя пропитку пористых каркасов жидкими
|
||||
углевдородами, карбонизацию и уплотнение из газовой фазы \cite{bib:sokolkin}.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
При выборе материала матрицы и технологии уплотнения необходимо учитывать
|
||||
следующие факторы:
|
||||
|
||||
\begin{itemize}
|
||||
\item размер и форма каркаса;
|
||||
\item тип нитей, определяющий такие их параметры, как характеристики
|
||||
смачивания и сцепления, зависимость свойств нити от температуры и др.;
|
||||
\item геометрия и схема переплетения нитей, определяющие размеры пор, их
|
||||
распределение в объеме и степень связанности (открытости);
|
||||
\item объемное содержание волокон в ткани;
|
||||
\item тип ткани (сухая или предварительно пропитанная, частично отвержденная).
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
Процесс уплотнения каркаса и материал матрицы должны соответствовать типу
|
||||
каркаса и обеспечивать требуемые свойства конечного изделия
|
||||
\cite{bib:sidorenko}.
|
||||
|
||||
\subsection{Уплотнение каркаса поликристаллической матрицей}
|
||||
|
||||
Вид уплотнения тканого композита с поликристаллической матрицей определяется
|
||||
исходным материалом. Выделяют методы пропитки жидкостью и осаждение из газовой
|
||||
фазы.
|
||||
|
||||
Для пропитки жидкостью применяют термореактивные смолы и пеки. Смолы отличаются
|
||||
хорошей пропитывающей способностью и легко доступны. При пиролизе эти смолы
|
||||
образуют стекловидную поликристаллическую матрицу, которая графитизируется при
|
||||
температуре около $3000^\circ\mathrm{C}$. Выход кокса составляет $50-56\%$ по
|
||||
массе. Процедура пиролиза представляет собой нагрев каркаса, пропитанного
|
||||
смолой, до температур порядка $400\dots 600^\circ\mathrm{C}$. Процесс пироиза
|
||||
также называют карбонизацией. При карбонизации происходит усадка матрицы,
|
||||
которая достигает $20\%$ и может привести к разрушению каркаса.
|
||||
|
||||
Пеки являются термопластичными материалами. При продолжительном выдерживании
|
||||
температуры около $400^\circ\mathrm{C}$ в пеках идет образование
|
||||
высокориентированной фазы, которая при температуре $2500^\circ\mathrm{C}$
|
||||
переходит в графитовуюструктуру. Выход кокса составляет $50-90\%$.
|
||||
|
||||
Пропитка ткани поликристаллической матрицей может проходить под низким или
|
||||
высоким давлением. Пропитка под низким давлением с последующей
|
||||
карбонизацией наиболее распространена. Она проводится при атмосферном или
|
||||
пониженном давлении, чаще всего в несколько циклов для снижения пористости. При
|
||||
карбонизации изделие нагревают с заданной скоростью до температуры
|
||||
$650\dots1100^\circ\mathrm{C}$, после чего охлаждают. Процесс карбонизации
|
||||
обычно длится около $100$ часов. Графитизация проводится при температуре
|
||||
$2600\dots2750^\circ\mathrm{C}$ в течении $30$ часов. Для получения максимально
|
||||
плотного композита цикл <<пропитка --- карбонизация>> проводится несколько раз,
|
||||
графитизация же выполняется только один раз --- в конце последнего цикла.
|
||||
|
||||
Пропитку под высоким давлением применяют для повышения выхода кокса. Процедура
|
||||
практически совпадает с методом пропитки под низким давлением, за исключением
|
||||
того, что каркас помещается в тонкостенный металический контейнер, куда по
|
||||
давлением подается горячий пек. После того как контейнер заполнен он
|
||||
закрывается и выдерживается в автоклаве около суток по давлением
|
||||
$6\dots100$~МПа при температуре $550\dots 650^\circ\mathrm{C}$. Процесс
|
||||
пропитки и карбонизации может повторяться несколько раз, после чего изделие
|
||||
удаляется из контейнера и подвергается графитизации. Пропитка под давлением
|
||||
позволяет получить более плотный композит, кроме того высокое давление
|
||||
предотвращает выдавливание расплавленного пека из пор газообразными продуктами
|
||||
пироиза в процессе карбонизации.
|
||||
|
||||
При осаждении поликристаллической матрицы из газовой фазы каркас помещают в
|
||||
печь, в которой он нагревается. Во внутренний объем каркаса подается
|
||||
газообразный углеводород, из которого при прохождении сквозь поры каркаса на
|
||||
поверхность волокон осаждается углерод. Процесс осаждения повторяется несколько
|
||||
раз, при этом присутствует необходимость между циклами счищать углеродную
|
||||
корку, образующуюся на поверхности каркаса для вскрытия пор.
|
||||
|
||||
Для осаждения из газовой фазы характерна проблема, которая заключается в том,
|
||||
что в процессе осаждения закупориваются малые поры и узкие проходы между
|
||||
крупными порами, что приводит к появлению замкнутых пространств внутри каркаса.
|
||||
|
||||
В некоторых случаях методы пропитки жидкостью и осаждение из газовой фазы
|
||||
используются по очереди в рамках единого технологического цикла.
|
||||
|
||||
\section{Экспериментальные закономерности влияния локальных концентраторов
|
||||
напряжений на деформационные и прочностные свойства тканых УУКМ}
|
||||
напряжений на деформационные и прочностные свойства тканых композитов с
|
||||
поликристаллической матрицей}
|
||||
|
||||
\section{Выводы к первой главе}
|
||||
9
c2.tex
9
c2.tex
@@ -1,7 +1,8 @@
|
||||
\chapter{Локальные поля напряжений и деформаций в представительных объемах
|
||||
тканого УУКМ}
|
||||
тканого композита с поликристаллической матрицей}
|
||||
|
||||
\section{Математическая модель упруго-хрупкого поведения тканого УУКМ}
|
||||
\section{Математическая модель упруго-хрупкого поведения тканого композита с
|
||||
поликристаллической матрицей}
|
||||
|
||||
Рассмотрим слой тканого композита с армирующим каркасом полотняного
|
||||
переплетения образованного волокнами круглого поперечного сечения
|
||||
@@ -197,7 +198,7 @@ f | \sigma_{nn} {\bf (r)} | \right ] |_{\Gamma_9^{-}}, \quad
|
||||
\label{eq:kov:b_cond_free}
|
||||
\end{equation}
|
||||
|
||||
\section{Модели тканого УУКМ с периодическим и квазипериодическим расположением
|
||||
волокон}
|
||||
\section{Модели тканого композита с поликристаллической матрицей с периодическим
|
||||
и квазипериодическим расположением волокон}
|
||||
|
||||
\section{Выводы ко второй главе}
|
||||
9
c3.tex
9
c3.tex
@@ -1,8 +1,9 @@
|
||||
\chapter{Влияние локальных полей напряжений на прочностные свойства тканых УУКМ
|
||||
с учётом трения между волокнами}
|
||||
\chapter{Влияние локальных полей напряжений на прочностные свойства тканых
|
||||
композитов с поикристаллической матрицей с учётом трения между волокнами}
|
||||
|
||||
\section{Математическая модель упруго-хрупкого поведения слоят тканого УУКМ при
|
||||
наличии контакта с трением между волокнами}
|
||||
\section{Математическая модель упруго-хрупкого поведения слоят тканого
|
||||
композита с поликристаллической матрицей при наличии контакта с трением между
|
||||
волокнами}
|
||||
|
||||
Краевая задача \eqref{eq:kov:Eqvilibrium}--\eqref{eq:kov:Guck} с
|
||||
граничными условиями \eqref{eq:kov:b_cond}---\eqref{eq:kov:b_cond_free}
|
||||
|
||||
@@ -2,7 +2,7 @@
|
||||
\institution{Пермский национальный исследовательский политехнический университет}
|
||||
|
||||
\topic{Влияние концентраторов напряжений на прочностные и деформационные
|
||||
свойства тканых УУКМ}
|
||||
свойства тканых композитов с поликристаллической матрицей}
|
||||
|
||||
\author{Д.~В.~Дедков}
|
||||
|
||||
|
||||
Reference in New Issue
Block a user