Сравнение физико-механических свойств композиционного

Сравнение физико-механических свойств
композиционного материала производства фирмы
ООО «Эволюшн Моторс» с различными
металлическими материалами.
В таблице 1 приведены физико-механические характеристики
композиционного материала изготовленного ООО «Эволюшн Моторс».
Испытания проводились лабораторией неметаллических материалов ОАО
«НПП «Звезда».
Таблица 1.
Физико-механические характеристики композиционного материала
изготовленного ООО «Эволюшн Моторс».
Наименование
показателя
Плотность материала,
г/см3
Прочность при разрыве,
МПа
Модуль упругости при
растяжении, МПа
Разрушающее
изгибающее
напряжение, МПа
Ударная вязкость по
Шарпи, кДж/м2
Величина показателя
Метод измерения
ГОСТ 15139-69
1,72
ГОСТ 11262-80
277
ГОСТ 9550-81
5,1*103
ГОСТ 4648-71
155
ГОСТ 4647-80
172
В таблице 2 приведены физико-механические характеристики различных
металлических материалов из справочника авиационных материалов [1].
Таблица 2
Физико-механических показателей различных материалов.
Наименование материала
Наименование
показателя
1
Плотность
материала, г/см3
Допускаемое
напряжение при
растяжении
(статическая
нагрузка), МПа
Сталь 3
Сталь 45
Дуралюмин
Д16
2
3
4
Алюминиевомагниевый
сплав АМг6
5
7,8
7,8
2,8
2,6
125
200
270
147
1
Модуль
нормальной
упругости, МПа
Допускаемое
напряжение при
изгибе
(статическая
нагрузка), МПа
Ударная
вязкость, кДж/м2
2
3
4
5
210*103
200*103
6,8*103
6,9*103
140
240
270
147
784
882
230
392
При указанных в таблице 2 значениях допускаемых напряжений в
материале не происходит значительных деформаций, способных разрушить
конструкцию.
Значения в таблице 1 получены при разрушении материала, поэтому для
корректного
сравнения
необходимо
учитывать
коэффициент
запаса
прочности. Если этот коэффициент равен 2 (нагрузки, возникающие в
материале в 2 раза меньше, чем максимально возможные), то значения
прочности и напряжения при изгибе необходимо уменьшить в 2 раза и
полученные цифры сравнивать со значениями таблицы 2. Таким образом
можно составить сравнительную таблицу.
Таблица 3
Сравнение физико-механических показателей различных материалов
Показатель
Ст 3
Ст 45
Материал
Д16
АМг6
Плотность материала,
7,8
7,8
2,8
2,6
г/см3
Допускаемое напряжение
125
200
270
147
при растяжении, МПа
Модуль нормальной
210*103 200*103 6,8*103 6,9*103
упругости, МПа
Допускаемое напряжение
140
240
270
147
при изгибе, МПа
Ударная вязкость, кДж/м2
784
882
230
392
Композит
1,72
138,5
5,1*103
77,5
172
По величине допускаемого напряжения при растяжении композит
близок к показателям стали 3 и алюминиевого сплава АМг6, при этом легче в
4,5 и 1,5 раза соответственно. Но чистое растяжение характерно для канатов,
а для корпусных конструкций наиболее характерной нагрузкой является
изгиб.
При изгибе в любом сечении конструкции возникают одновременно
растяжение и сжатие. Для пластичных материалов (алюминиевые, медные
сплавы и пр.) допускаемое напряжение при обоих видах воздействий
одинаково, поэтому допускаемые напряжение при изгибе и растяжении
равны для этих материалов.
По величине допускаемого напряжения при изгибе композит почти в 2
раза проигрывает стали 3 и сплаву АМг6. Если взять равнопрочные балки из
этих трех материалов, то стальная балка будет тяжелее композитной в 2,5
раза, но композитная будет тяжелее, чем балка из АМг6 в 1,25 раза.
Модуль упругости это величина характеризующая жесткость материала.
Значение для композита близко к значениям для алюминиевых сплавов, но
практически в 40 раз проигрывают сталям.
Ударная вязкость характеризует устойчивость материала к воздействию
ударной нагрузки, по сути, хрупкость материала. Ударная вязкость
композита в 0,5 меньше, чем у Д16 и в 2 раза меньше чем у АМг6. Для сталей
этот показатель гораздо больше.
Таким образом, можно сказать, что в качестве конструкционного
материала для судостроения представленный композит близок по своим
характеристикам к алюминиевым конструкционным сплавам. По жесткости и
сопротивлению удару композит значительно проигрывает сталям, но гораздо
легче.
[1] – сведения из справочника в 9 томах «Авиационные материалы», изд.
МАП. ВИАМ – 1975 г.