Исследование и разработка технологического процесса производства оболочек из волокнистых композиционных материалов на примере композиции АД1-БОР

• Автор: Преображенский, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 с. : ил.

1.1. Преимущества применения волокнистых композиционных материалов.

1.2. Технологические схемы производства оболочек.

1.3. Методические основы проектирования процессов производства изделий из ВКМ.

1.4. Возможности математического моделирования для анализа напряженнодеформированного состояния.

1.5. Предлагаемый способ получения армированных оболочек.

Выводы.

Цель работы и задачи исследования.

Глава 2. Материалы и методы исследования.

2.1. Исходные материалы

2.2. Параметры заготовок и их сборка.

2.3. Методы испытаний полученных оболочек

2.4. Методика конечноэлементного анализа и используемое программное обеспечение
Глава 3. Исследование условий и режимов производства армированных оболочек методом обкатки.
3.1. Анализ процесса изготовления оболочек с позиций критериальной системы
3.2. Математическое моделирование процесса обкатки.
3.2.1. Параметры исследуемых моделей.
3.2.2. Проверка достоверности математических моделей.
3.2.3. Послойные деформации при обкатке ВКМ
3.2.4. Расчт напряжения компактирования.
3.2.5. Оценка допустимой нагрузки на волокна
3.2.6. Определение изменения шага укладки.
3.2.7. Саморегулирование структуры
3.2.8. Изгиб волокна и уширение при обкатке.
3.2.9. Распределение температур в сборной заготовке.
3.3. Изучение возможностей производства оболочек относительно большого диаметра.
3.4. Обеспечение требуемой формы оболочки на выходе из валков
3.5. Определение усилия обкатки.
Глава 4. Разработка технологии производства армированных оболочек и проверка режимов обкатки
4.1. Проектирование технологической оснастки
4.2. Автоматизация расчта технологических параметров.
4.3. Результаты экспериментальных исследований
Общие выводы
Библиографический список
Приложение
ВВЕДЕНИЕ


Однако последним присущи некоторые недостатки низкая жсткость при сдвиге, малая стойкость к тепловым и радиационным воздействиям, гигроскопичность, подверженность изменению физикомеханических свойств при старении и под действием факторов окружающей среды . Другим перспективным металлическим материалом является композит, упрочннный дискретными волокнами. В нм при нагружении часть усилия воспринимает матрица, а волокна сопротивляются пластической деформации за счт препятствия движению дислокаций. К тому же при использовании подобной схемы эффект армирования реализуется не полностью. Ли. Гя гв . Таким образом, влияние коротких волокон на упрочнение ВКМ менее выражено, чем у непрерывных. Однако их длину можно подобрать так, что эта разница окажется несущественной. К тому же, отсюда следует, что возможное разрушение одного или даже нескольких длинномерных волокон во время эксплуатации, либо в ходе производства изделия не обязательно приведт к резкому падению свойств композиции. Армирование металлических матриц жсткими и прочными длинномерными непрерывными волокнами определяет собственный механизм упрочнения. Здесь большую часть нагрузки воспринимают волокна, объмная доля которых У находится в пределах 3Н. УГ,УЛ объмная доля волокон и матрицы соответственно. Правило смеси хорошо согласуется с экспериментальными данными в том случае, когда прочность каждого волокна близка к е средней величине а, например, при использовании металлической проволоки. Для большинства хрупких волокон характерна высокая разница механических свойств, причиной которой являются статически распределнные дефекты. Помимо этого, отклонения от правила смеси возникают вследствие неравномерности укладки
в частности, при группе соприкасающихся волокон, когда прочность композиции оказывается значительно ниже в силу того, что зародившееся микротрещина при обрыве слабейшего из волокон группы незамедлительно превращается в магистральную . Данная формула показывает, что незначительное деформационное упрочнение матрицы, а также заметное различие е свойств по сравнению с волокнами позволяет использовать меньшее объмное содержание упрочнигеля У. На практике критическая доля может изменяться от 0 до 0,5 . Таким образом, на уровень механических характеристик композиционного материала в целом существенное влияние оказывают свойства волокон. Они должны обладать высокой прочностью и жсткостью, термосгабильностыо, химической стойкостью. Большей частью этим требованиям отвечают бор, бериллий, углерод, кремний выпускаемые в виде волокон, проволоки, нитевидных кристаллов табл. ВКМ . Материал Температура плавления, С Плот ность, кгм5 ТКЛР. С1 Предел прочности, ГПа Модуль упругости. Одними из наиболее освоенных волокон для производства композиций с металлической матрицей считаются борные . Эффективность их применения определяется прежде всего большой величиной модуля упругости, сочетающейся с низкой плотностью. К немаловажным факторам, отдающим предпочтение волокнам бора, также относится относительная изученность их физикохимических свойств и отработанность технологии производства. Широкий диапазон изменения прочностных свойств борных волокон см. Основным методом является осаждение бора из газовой смеси ВС на нагретую вольфрамовую подложку. Оставшиеся на поверхности крупные кристаллы, инородные включения, трещины и пустоты действуют как концентраторы напряжений, приводящие к преждевременному разрушению. Выяснено , что борным волокнам с высокой прочностью до МПа присуши дефекты малых размеров, локализованных преимущественно на поверхности редкие крупные зрна или в сердечнике. Тем не менее, даже с качественными волокнами отношение прочности при изгибе к прочности при растяжении обычно не соответствует правилу Вейбулла аыгта 1,4. При преобладаний внутренних дефектов данное отношение может достигать двух и более единиц, а при поверхностных близко к одному. В среднем сгогг М7а, а минимальный радиус гиба 3Н5мм . Для устранения указанных недостатков и, в конечном счте, повышения эксплуатационных характеристик бороалюминиевых оболочек прежде всего длительности работы при высоких температурах можно применить дополнительное покрытие карбидом кремния I или В4С, а также травление поверхностного слоя или замену сердечника углеродом .