Армирование (композитное)

В материаловедении . арматура является составной частью композиционного материала ^{[ 1 ]} композита что увеличивает жесткость и прочность .

Функция

Ниже приведены функции арматуры в композите: ^{[ 2 ]}

Повышает механические свойства композита.
Он обеспечивает прочность и жесткость композита в одном направлении, поскольку армирование несет нагрузку по длине волокна.

Армирование волокнами

Распространение трещин в значительной степени предотвращается, а жесткость обычно повышается за счет армирования. Тонкие волокна могут иметь очень высокую прочность и существенно улучшать общие свойства композита при условии, что они механически связаны с матрицей.

Армированные волокном композиты делятся на два типа: армированные коротким волокном и армированные непрерывным волокном. В операциях формования листов и компрессионного формования обычно используются длинные и короткие волокна. Они доступны в виде крошек, хлопьев и рандом мата (который также может быть изготовлен из непрерывного волокна, уложенного хаотично до достижения желаемой толщины ламината/слоя). ^{[ 3 ]}

Ламинированная или слоистая структура обычно состоит из непрерывных армированных материалов. Непрерывные и тканые волокна обычно доступны в различных формах: они предварительно пропитаны заданной матрицей (смолой), сухие однонаправленные ленты разной ширины, полотняного переплетения, атласные жгуты, плетеные и сшитые.

В армировании используются некоторые распространенные волокна, такие как углеродные волокна, целлюлоза (древесное/бумажное волокно и солома), стеклянные волокна и высокопрочные полимеры, например, арамид . Для высокотемпературных применений карбида кремния . используются волокна ^{[ 4 ]}

Армирование частицами

Армирование частиц дает аналогичный эффект дисперсионному твердению металлов и керамики. композита Крупные частицы предотвращают движение дислокаций и распространение трещин, а также способствуют увеличению модуля Юнга . В общем, влияние усиления частиц на модуль Юнга находится между значениями, предсказанными формулой

$E_{c}={\frac {E_{\alpha }E_{\beta }}{(V_{\alpha }E_{\beta }+V_{\beta }E_{\alpha })}}$

как нижняя граница и

$E_{c}=V_{\alpha }E_{\alpha }+V_{\beta }E_{\beta }$

в качестве верхней границы.

Следовательно, его можно выразить как линейную комбинацию вклада матрицы и некоторого взвешенного вклада частиц.

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

Где K _c — экспериментально полученная константа от 0 до 1. Этот диапазон значений K _c отражает то, что композиты, армированные частицами, не характеризуются состоянием изонапряжения.

Аналогично, прочность на разрыв можно смоделировать с помощью уравнения аналогичной конструкции, где K _s — константа с аналогичными ограничениями, не обязательно имеющая то же значение, что и K _c.^{[ 5 ]}

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

Истинное значение K _c и K _s варьируется в зависимости от таких факторов, как форма частиц, распределение частиц и интерфейс частицы/матрицы. Зная эти параметры, механические свойства можно смоделировать на основе эффектов упрочнения границ зерен , дислокационного упрочнения и упрочнения Орована . ^{[ 6 ]}

Наиболее распространенным композитом, армированным частицами, является бетон, который представляет собой смесь гравия и песка, обычно укрепляемую добавлением мелких камней или песка. Металлы часто армируют керамикой для увеличения прочности за счет пластичности . Наконец, полимеры и резина часто армируются углеродной сажей, обычно используемой в автомобильных шинах. ^{[ 7 ]}

Ссылки

^ «КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ» . www.ae.iitkgp.ac.in . Проверено 17 декабря 2020 г.
^ «Что такое армирование? | Профили из стекловолокна и углепластика | Фиберлайн» . fibreline.com . Проверено 17 декабря 2020 г.
^ «Волокнистые композиты» . .ccsf.edu . Проверено 18 декабря 2020 г.
^ «Волокнистые композиты» . Университет Брюнеля в Лондоне . Проверено 12 декабря 2020 г.
^ Х., Кортни, Томас (2000). Механическое поведение материалов (2-е изд.). Бостон: МакГроу Хилл. ISBN 978-0070285941 . OCLC 41932585 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ У, Гоцин; Чжан, Цинцин; Ян, Сюэ; Хуан, Чжэн; Ша, Вэй (24 декабря 2013 г.). «Влияние интерфейса частица/матрица и механизмов упрочнения на механические свойства композитов с металлической матрицей». Композитные интерфейсы . 21 (5): 415–429. дои : 10.1080/15685543.2014.872914 . S2CID 137449905 .
^ «Глава 17. Композиты» . www.virginia.edu . Проверено 19 мая 2018 г.

[1] «КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ» . www.ae.iitkgp.ac.in . Проверено 17 декабря 2020 г.

[2] «Что такое армирование? | Профили из стекловолокна и углепластика | Фиберлайн» . fibreline.com . Проверено 17 декабря 2020 г.

[3] «Волокнистые композиты» . .ccsf.edu . Проверено 18 декабря 2020 г.

[4] «Волокнистые композиты» . Университет Брюнеля в Лондоне . Проверено 12 декабря 2020 г.

[5] Х., Кортни, Томас (2000). Механическое поведение материалов (2-е изд.). Бостон: МакГроу Хилл. ISBN 978-0070285941 . OCLC 41932585 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[6] У, Гоцин; Чжан, Цинцин; Ян, Сюэ; Хуан, Чжэн; Ша, Вэй (24 декабря 2013 г.). «Влияние интерфейса частица/матрица и механизмов упрочнения на механические свойства композитов с металлической матрицей». Композитные интерфейсы . 21 (5): 415–429. дои : 10.1080/15685543.2014.872914 . S2CID 137449905 .

[7] «Глава 17. Композиты» . www.virginia.edu . Проверено 19 мая 2018 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]