kompozitok

Kompozitok a legérdekesebb és legígéretesebb anyagok modern technológia. Ők foglalkoznak a fejlesztés több száz laboratóriumok világszerte. Az ötlet alapját képező E fejlemények egyszerű és egyértelmű. Megkeményedik néhány anyag (mátrix), meg kell bevezetni a szál, amelynek nagyobb, mint mátrix szilárdsága. Így kell biztonságosan kötődik a mátrixhoz, és úgy vannak elrendezve oly módon, hogy a legtöbb ható terhelés az anyag.

kompozitok

Ez az ötlet nem lehet felismerni az új. Ha úgy gondolja, a tégla és szalma, ismert, több ezer éve, a beton. feltalálták a több mint 100 évvel ezelőtt, a polimerek erősített természetes szálakból hogy jött létre az elején a XX század, és mások. De most, a megerősítés az ötlet megjelent egy új fényben.

A tulajdonságok az erősített anyag

Erősített anyag korábban nem tekinthető nagy teherbírású, superrigid, extra sűrű, szupravezető, és így tovább. N. Most ez várható tőlük ezeket a „szuper ...” És ez nem csak az várható volt, hanem kapnak tulajdonságok elérhetetlen a hagyományos anyagból. Kompozitok egyre újabb alkalmazások minden évben - a tenisz ütők és a sílécek a repülőgépek és űrhajók.

Legyen a tervező, aki tervezte az élet minden alkatrész ötvözet, majd mondd meg neki, hogy ő épített ki őket szénszálas. Nem szén, a gyanta nem lehet, hogy nem vetett bizalmat, egy ember, aki tudja, milyen törékeny, törékeny és megbízhatatlan vannak.

És nem könnyű meggyőzni, hogy a kompozit a szénszálból és gyanta - ez nem olyasmi, ami kőszénkátrány és egyénileg. Nem kell a bizalmat. Csak eredményeként jön létre a tapasztalat, és ez a tapasztalat jött, el kell dönteni, az új anyag felvitele, ahol annak használata már attól félt. Ez egy ördögi kör, ami néha nehézséget okoz, mint a legtartósabb anyag.

kompozitok

Mert anyagtudósok kompozitok is szokatlanok voltak, így az idő, hogy foglalkoznak velük, nem nagyon aktív. De mivel a 60-es években a XX században. a helyzet gyökeresen megváltozott. Az ok elég erős volt ahhoz, hogy a hő az érdeke erősített anyag a határértéket. Ez az ok - fontos jellemzője kompozitok, amely megkülönbözteti őket a hagyományos anyagokból - a hangsúlyos anizotrópia.

Anizotrópia és izotrópiával

Anizotrópia - függőség a tulajdonságok az anyag (közepes) az irányt. És akkor ott van a koncepció izotropiája - függetlenségének ingatlan irányára. Következésképpen, az izotróp anyagtulajdonságok minden irányban azonos, míg a anizotrop - különböző. Ezek izotróp tégla, kréta, viasz, acélöntvény, egy darab agyagot; anizotrop - fa, csillám, csont, rétegelt lemez. (Tovább: biokompozitok).

Egykristályok (egykristály) mindig anizotrop. Ezekben atomok vannak elrendezve rendezett, és ez vezet az a tény, hogy a különböző irányokban az atomok között különböző távolságok, különböző mennyiségű erőt kölcsönhatások, és ennek következtében, különböző tulajdonságokkal.

fémek izotróp

A legtöbb fém és ötvözet, ami általában kell foglalkozni majdnem izotrop. annak ellenére, hogy a kristályos szerkezetet. Micsoda ellentmondás van, mert csak azt állította, hogy a kristályok anizotrop.

Nincs ellentmondás. Rendes fémek és ötvözetek egy polikristályos szerkezetű. Ez azt jelenti, hogy tartalmaz egy nagy számú kis kristályok (szemcsék), amelynek mérete néhány mikrométer a néhány milliméter, amelyek mindegyike foglalnak bármilyen helyzetben a térben.

Az ilyen kaotikus elrendezés szemes vezet átlagolása tulajdonságainak polikristályos minden irányban, és ez lesz izotrópia. Ha a szemek orient egy bizonyos irányba (segítségével gördülő, préselés, rajz, és így tovább. P.), Polycrystal válik anizotrop. De ez anizotrópia viszonylag enyhe, akkor lehet beszerezni eredményeként képlékeny anyag.

Kompozitok anizotrop

A kompozitok anizotrópia strukturális, azaz, hogy fektetik az anyagot kifejezetten feltételei alapján a jövőbeni munkája. Elmondta általában nagyon élesen.

Ez jó vagy rossz? Minden attól függ, az adott körülmények között. Bizonyos esetekben szükség van a izotróp anyag, másokban - anizotróp. De ha egy jó üzlet, kiderül, hogy gyakran izotrop anyagokat használnak, ahol izotrópiájára nincs szükség.

Az anyag pengék gázturbinás

Tegyük fel, hogy azt szeretnénk, hogy dolgozzon ki egy anyagot a gázturbina lapátok. Ezek pengék forog nagyon gyors, és a tehetetlenség teszi őket nagy húzófeszültség irányította a forgási sugara. Nevezzük sugárirányban. Más irányban, különösen a kerület mentén (mentén kör érintője forgási) kis feszültség. Természetesen meg kell támaszkodnia a penge a legnagyobb stresszt, különben nem fog omlani.

kompozitok

Ha a penge készült izotrop anyagból, és célja a radiális terhelés a kerületi irányban általa kapott egy nagy szilárdságú. Ez az erő ebben az irányban sem feltétlenül szükséges, de semmit nem lehet tenni, a többletet a természet az alkalmazott anyag.

Hozzon létre egy anizotrop anyag

De létrehozása anizotrop anyag. tulajdonságait lehet beállítani a különböző irányokba összhangban hangsúlyozza benne. Ebben az irányban, hogy hol vannak, annak érdekében, hogy tartósabb, és ahol a kis - kevésbé. Hogyan valósítható meg a gyakorlatban? Egészen egyszerűen - a megerősítés. Az egyik módja, hogy feküdt több rostot a másik - kevésbé.

Olyan ismerős a hagyományos anyagi kérdés - mi a szilárdsága (keménysége, az elektromos ellenállás, hővezetés, stb ...) - önmagában a kompozitok értelmetlen. Ez szükségképpen választ a kérdésre, és milyen irányban? Mivel erősített kompozitok - anizotrop anyagok, és azok tulajdonságait különböző irányokban eltérő lehet több tíz alkalommal.

Például, epoxigyanta erősített párhuzamos rostok bór, szakítószilárdsága mentén szálak több mint 1000 MPa, és a keresztirányban - legalább 100 MPa. Az egyik irányban megerősített kompozit lehet egy vezeték, és a másik - a dielektrikum (például szén kompozitok).

Jellemzésére anizotrop anyag több kell a teljesítmény, mint izotróp. Attól függ, hogy a természet a anizotrópia.

Young modulus

Tekintsük ezt a kérdést az egyik példa a jellemzői az anyag - a rugalmassági modulus, vagy Young modulus.

Először is mi kell érteni, hogy mi az. Bár az iskolai tananyag Young modulus szerepel, a lényeg valahogy rosszul tárolják. Mi ereje - az a feszültség, amelynél az anyag megsemmisül, asszimilálódott könnyen. De ez a matematikai jelölés Hooke-törvény (σ = Eε) létrehozásáról arányosság stressz σ és ε a relatív alakváltozás a rugalmas anyag együtthatója arányosság E, az úgynevezett rugalmassági modulusz, vagy Young modulus, nem emlékeznek.

Ez a tényező - egy nagyon fontos jellemzője az anyag, amely meghatározza annak terhelés alatti viselkedését. A nagyobb E, a merevebb anyag, annál kevésbé deformálódik egy adott terhelést. A mennyiség E szerepel sok a képletek, amelyek meghatározzák a maximálisan megengedhető terhelés struktúrákat. Ez határozza meg a merevsége az anyag. Sok tervez, valamint az abszolút értéke E fontos, az értéke fajlagos modulus aránya E / γ (γ - sűrűsége az anyag). Úgy tűnik, hogy könnyű lesz.

Most próbálja megérteni a következő:

Modulus olyan anyag pillére ez az anyag, amely képes a nyomást annak bázis, amely úgy van kapcsolatban a súlyt, ami bizonyos fokú tömörítés, mint a hossza a gyógyszer, hogy csökkentse ezt a hossza.

Miután elolvasta ezt a puzzle a leginkább kíváncsi az ember valószínűleg elveszett a vágy, hogy foglalkozik a rugalmassági modulus és megérteni, hogy mi az.

Eközben a meghatározás 1807 a Young - ő az első, hogy be ezt a funkciót anyag. A mérnökök elkezdték használni után mintegy fél évszázada. Elképzelhető, hogy volt nekik ilyen sokáig kibírni elolvasása után Jung meghatározása.

A komplexitás a bemutatása Jung könnyen megbocsátani. Az ő idejében még nem léteztek koncepciók terhelés, és próbálja meghatározni, hogy mi az E nélkül ezeket a fogalmakat. Ezen kívül ő volt a nagy tudós és sok megbocsátott, beleértve a bonyolult nyelv.

Ha az anyag izotróp, akkor a Young-modulus (mint szakítószilárdság, egy elektromos ellenállás, a hőtágulási együtthatója, és a hasonlók. D.). És ha az anyag anizotrop -, hogy legalább két, esetleg több.

Vegyük a legegyszerűbb esetben egy anizotrop szálerősítésű anyagból, amikor az összes szálak azonos irányultságú. Az ilyen összetett tárgya egy keresztirányban izotrop (vagy transtropic) anyagok. Ha a Young-modulusa a szálak nagyobb, mint a mátrix, az összetett szál mentén merevsége nagyobb lesz, mint a keresztirányban.

Jellemzésére a kompozit kell adnia két elasztikus modulus, az egyik, hogy figyelembe veszi a függését a stressz-törzs párhuzamos irányban a szálak (E ‖) más - a merőleges irányban (E elkövető). Bármilyen más irányban E értéke kiszámítható a ismert értéke E és E ‖ elkövető.

Egyéb jellemzői anizotrop anyagok

Szintén a Young-modulusa a rugalmassági állandókkal az anyag közé nyírási modulus, ömlesztett modulus aránya, Poisson-tényező. És minden, ami elhangzott a Young-modulus, alkalmazható ezeket a jellemzőket is.

Izotróp anyagok csak három független rugalmassági állandókkal, keresztirányban izotrop - öt, orto-trop (amelyek magukban foglalják a kompozitok erősített két egymásra merőleges irányban) - kilenc. A legáltalánosabb esetben anizotrop anyag száma a rugalmas jellemzőit lehet akár 21.

Az összes fenti vonatkozik erejét. A leírásban a hővezető, hőtágulás, elektromos vezetőképesség és egyéb fizikai tulajdonságai anizotrop anyagok is meg kell adnia a különböző irányokba a teljesítményüket.

anizotróp rendszerek

Egyértelmű, hogy oldja meg a problémákat, amelyek a viselkedését anizotróp rendszerekben. sokkal nehezebb, mint izotróp. Az oldatot kellett fejleszteni speciális technikákat, hogy hozzon létre egy elmélet anizotróp közegben. Az új erősített anyag ösztönözte ezeket a fejleményeket.

Annak megállapítására tulajdonságainak anizotrop anyagok elviselni sokkal több minta izotróp tesztelés során. Például, hogy azonosítsák az összes rugalmassági állandókkal az orto-trop anyag tesztelésére hat különböző példányok feszültséget, izotrop - csak egy.

kompozitok

A vizsgálatok anizotrop kompozitok kell figyelembe venni a sajátosságait a viselkedésük, a hagyományos anyagok hiányoznak. Tehát, ha feszített tudnak megjelenni nyírási alakváltozás, és a bárban, ahol volt az alakja egy kocka alakú, deformált lesz ferde hasáb.

Hajlítás kerek hengeres minta anizotrop kompozit kísérheti veszteség egy kör alakú, hajlító és csavaró a saját tengelye körül, és így tovább. Mindezek a funkciók figyelmet igényel kiszámításakor szerkezetének anizotrop anyagok.

És az ilyen építési egyre gyakrabban használják a szakmában. Hatalmas tárolóedényeihez különféle folyadékok, a test tengeralattjárók és a rakéták, gömb alakú edények különböző alkalmazások, penge helikopter propellerek pengék repülőgép gázturbinák és szállító teherautó építési napelemek és egyéb cikkek, különböző formájú és méretű ma készülnek anizotrop anyagok. Továbbá gyártott racionálisan tervezése mind a termék, és az anyagot.

Talán ez az egyik legfontosabb előnye anizotrop kompozitok - a lehetőséget, építési anyag egy adott termék, figyelembe véve a munkakörülmények és a határozottság.

Például, ha ismeretes, hogy a kétszer több, mint a tengelyirányú, majd azokat a kerület kétszerese szálak, mint a tengely mentén, mi lesz az egységes szilárdságot egy példakénti szálerősítésű kompozit ebben az irányban hengeres tartály feszültség a kerületi irányban. Ez a racionális tervezés a hajó ebben az esetben.

Gyakran a termék és a kompozit anyag alatta, nem csak úgy vannak kialakítva, együtt, de ezzel egy időben készülnek. Ez nagyon fontos a gazdaságilag, mert a műveletek vannak zárva, és a nyomás kezelése vágási, hegesztési és m. P., amelyek szükségesek a alkatrészek gyártásához a hagyományos izotróp anyagok.

Ennek az az oka, hogy annyira felizgatta élénk érdeklődést kompozitok. Ez a felismerés volt az a tény, hogy a vékony szálak sokkal többet erőssége, mint az ömlesztett anyagok.

Egyre érdekesebb az e-mail

Kapcsolódó cikkek