ASTM STP 497-1972
Волокнистые композиты: тестирование и проектирование (Сессия 2)

Стандартный №

ASTM STP 497-1972

Дата публикации

1972

Разместил

American Society for Testing and Materials (ASTM)

Последняя версия

ASTM STP 497-19

сфера применения

Композитные материалы, состоящие из жестких, прочных волокон и матрицы, захватили воображение материаловедов и инженеров как конструкционные материалы будущего. Однако процесс воплощения этой концепции в первичную несущую конструкцию был и остается сложной задачей. Опыт показывает, что стандартные металлические материалы, которые являются пластичными и изотропными (например, пластины, стержни, поковки и т. д.), можно изготавливать с использованием установленных процедур выбора и испытания материалов, проектирования конструкций на жесткость и прочность, изготовления и соединения элементов и т. д. Однако композитные волокнистые материалы обладают небольшой пластичностью в обычном смысле и демонстрируют определенную степень анизотропии жесткости и прочности, что позволяет проектировщикам интегрировать материал в конструкцию, в которой он используется. Для достижения этой цели использовался ряд новых и нетрадиционных методов производства, при которых материалы и конструктивные элементы часто изготавливались одновременно. Кроме того, в качестве метода соединения широко используется клеевое соединение. Проектировщик волокнистых композитных конструкций имеет множество степеней свободы и возможностей, которые ему совершенно недоступны при использовании обычных материалов. Однако эта новая свобода требует от дизайнеров интеграции множества аспектов в один этап проектирования, который обычно представляет собой пошаговый традиционный процесс проектирования. Концептуально структурные компоненты можно проектировать, начиная со свойств составляющих материалов, т. е. свойств волокон и матрицы. Разработать параллельный непрерывный слой, обеспечивающий необходимую жесткость и прочность. Многослойный структурный компонент затем использует как можно больше волокон в местах и направлениях, выбранных для удовлетворения требований жесткости и прочности при заданных условиях нагрузки. Хотя при использовании этого подхода с использованием упрощенных версий были достигнуты скромные успехи (сосуды высокого давления), сложные конструкции, подвергающиеся многочисленным нагрузкам, показали непомерную сложность. Для того чтобы сделать процесс проектирования контролируемым, в качестве «единицы материала», используемой в проектировании, вводится понятие «однонаправленный слой». При таком подходе данные испытаний слоев используются в качестве основы для проектирования многослойных ламинированных компонентов и конструкций. Таким образом, один из этапов процесса проектирования, а именно проектирование материала, заменяется данными, полученными в результате послойных испытаний. Такой подход смещает акцент проектирования с микромеханики материалов на макромеханику (анизотропную упругость) компонентов и конструкций. Оглядываясь назад, можно сказать, что концепция слоя как базовой единицы конструкции практически не ограничивала свободу дизайнера, но позволяла ему приступить к проектированию и производству конструктивных элементов. После нескольких лет экспериментов эта концепция была представлена на первой конференции ASTM по композитам в 1969 году в качестве проектируемой единицы материала с некоторыми достижениями в измерении механических свойств пластины и соотнесении этих свойств с характеристиками испытаний полномасштабных компонентов. Значительный успех был достигнут в прогнозировании напряжений, деформаций и прогибов (до разрушения) с использованием данных испытаний слоев и анизотропной упругости. В то же время полезные методы испытаний пластичных упругих металлов могут привести к неожиданным взаимодействиям при испытании слоев, особенно внеосевых слоев. Кроме того, сцепление между слоями может привести к нежелательным искажениям, которые нельзя игнорировать. Образцы, подходящие для определения статических свойств, должны быть тщательно спроектированы и проанализированы, чтобы гарантировать минимизацию нежелательных влияний. Кроме того, наблюдались сложные закономерности, связанные с предельной прочностью и поведением разрушения при статической, усталостной и ударной нагрузке, а также явления ползучести и разрыва. Первая группа статей сборника представляет общие требования к конструкции и эксплуатационным характеристикам, а также современные достижения в проектировании конструкций с использованием композитных материалов. Следующая группа статей посвящена характеристике механических свойств слоев и ламинатов, а также разработке стандартных методов испытаний. Как упоминалось ранее, процесс проектирования основан на этих свойствах. Также обсуждаются поведение при вибрации, обсуждение прочности и наблюдения за поведением при повторяющихся нагрузках и усталостном разрушении. Последняя группа статей возвращается к проблеме проектирования и адаптации композитов для конкретных применений и анализу взаимодействия между составными компонентами, т. е. армированием и матрицей. Все это показывает, что «композитные материалы» — это междисциплинарная дисциплина. ......

ASTM STP 497-1972 История

• 0000 ASTM STP 497-19

Специальные темы по стандартам и нормам

стандарты и спецификации