Модуль упругости однонаправленного композита вдоль направления армирования (укладки волокон) может быть рассчитан по правилу смеси: Ec = EfVf + EmVm, где Ef - модуль волокна; Em - модуль матрицы; Vf, Vm – относительное объемное содержание волокон и матрицы, соответственно. |
Слоистый композит с ортогональным армированием [0o/90o], показанный на рисунке справа, будет коробиться при приложении одноосного растягивающего напряжения из-за различия модуля упругости вдоль и перпендикулярно оси волокон. Жесткость материала в направлении укладки волокон выше и, поэтому слой композита с волокнами, расположенными параллельно приложенному напряжению, будет растягиваться меньше, чем слой, нагруженный поперек волокон. |
Модуль упругости композитов с непрерывными волокнами зависит от угла между направлением волокон и приложенной нагрузкой. Максимальная жесткость композита проявляется при приложении нагрузки параллельно оси волокон. Жесткость слоистых композитов с взаимно пересекающимися волокнами [+q/-q] выше, чем у однонаправленных композитов, благодаря дополнительному ограничению сдвиговых деформации. |
Чем выше объемное содержание волокон Vf однонаправленных волокнистых композитов, тем выше их способность выдерживать циклическую нагрузку. Сопротивление усталости композитов существенно зависит от угла между направлением приложенной нагрузки и осью волокон. Долговечность композита уменьшается при увеличении данного угла. |
Прочность композитов с короткими волокнами увеличивается при увеличении отношения длины волокна к диаметру l/d. Поскольку количество дефектов зависит (помимо прочего) от диаметра волокна, прочность волокна определенной длины возрастает с уменьшением диаметра волокна. Для заданного объемного содержания волокон более длинные волокна несут большую долю нагрузки, приложенную к композиту. |
Остаточные напряжения возникают при охлаждении слоистых композитов с ортогональным армированием из-за анизотропии термической усадки параллельно и перпендикулярно направлению армирования. В композитах стеклянные волокна/эпоксидная матрица коэффициент теплового расширения вдоль оси волокон ниже, чем перпендикулярно волокнам. При охлаждении, слои с укладкой волокон 90o растягиваются, а слои с волокнами, расположенными под углом 0o, сжимаются. Как правило, трещины образуются перпендикулярно растягивающим напряжениям. | |
Известно, что композиты имеют высокую удельную прочность, которая определяется как отношение предела прочности на растяжение sв к плотности материала r•g. |
Нагрузка, приложенная к волокнистым композитам, распределяется между волокнами и матрицей. Соотношение между нагрузкой, передающейся на волокна Pf и матрицу Pm, зависит от отношения EfVf к EmVm: Pf / Pf = EfVf / EmVm, где Ef, Em, Vf и Vm - модули упругости и объемное содержание компонентов композита. |
Если предположить, что между волокнами и матрицей отсутствует скольжение, тогда напряжение в композите определяется следующим образом: s = sfVf + smVm где Vf и Vm – объемное содержание волокон и матрицы, соответственно. sm = sf • Em/Ef.
sf = s / [Vf + (1-Vf) • Em/Ef]. Для заданного уровня напряжений, чем выше объемное содержание волокон, тем меньшее напряжение действует в волокнах. |
ФОРМОВАНИЕ МЕТАЛЛОВ
Горячее формование – это процессы, при которых металл деформируется при температурах выше температуры рекристаллизации без возникновения деформационного упрочнения (наклепа). Обычно, горячее формование выполняют при температурах 0.5-0.75 от температуры плавления (в градусах Кельвина). Заметим, что формование свинца при комнатной температуре может рассматриваться как процесс горячего формования из-за низкой температуры плавления свинца.
|
Облой образуется на поверхности поковки, когда при горячей ковке небольшое количество металла вытекает из штампа. Из-за малого объема облой охлаждается быстрее, чем основная часть заготовки. Это увеличивает сопротивление облоя деформированию и вынуждает поток металла заполнять все пустоты штампа. |
|
ТЕСТ ИТОГОВЫЙ
1.Какая из структур не является элементарной ячейкой?
Начало формы A. | B. | C. | D. Все Конец формы |
Конец формы
2.Какое кристаллографическое направление соответствует индексам [012]?
Начало формы A. | B. | C. | D. | E. | F. Конец формы |
3.Каковы кристаллографические индексы (индексы Миллера) для плоскости?
Начало формы A. (110) | B. (101) | C. (111) | D. (120) Конец формы |
4.Сколько атомов в данной ячейке?
Начало формы A. 1 | B. 2 | C. 4 | D. 6 Конец формы |
5.Чему равна плотность упаковки (коэффициент заполнения) для данной ячейки?
Начало формы A 0.52 | B 0.68 | C 0.74 | D 1.00 Конец формы |
6.Представлены три элементарные ячейки различных металлов.
Какой материал наименее пластичен?
Начало формы A. | B. | C. | D. Все одинаковы Конец формы |
Конец формы
7.В каком направлении движется краевая дислокация?
Начало формы A. | B. | C. Конец формы |
8.Образцы были вырезаны из монокристалла железа (объемноцентрированная кубическая система).
Какой образец имеет наибольшую жесткость (модуль упругости)?
Начало формы A. [111]. | B. [100]. | C. [110]. |
D. Все одинаковы,так как это монокристалл. |
9.Образец нагрузили выше предела текучести и затем разгрузили, как это показано кривой 1.
Какая кривая показывает поведение материала при повторной нагрузки образца?
Начало формы A. | B. | C. | D. Конец формы |
10.Какая кривая на графике является типичной кривой усталости для алюминиевого сплава?
Начало формы A. | B. | C. | D. Конец формы |
Конец формы
11.Чему равна максимальная концентрация компонента M в компоненте N при температуре T1?
Начало формы A. 17% | B. 10% | C. 5% | D. 20% Конец формы |
Конец формы
12.После закалки идентичные детали из углеродистой стали были подвергнуты отпуску при различных температурах. Каждой из температур соответствует цвет на поверхности детали.
В каком случае сталь будет иметь наибольшую пластичность?
Начало формы A. | B. | C. | D. Конец формы |
13.С каким из металлов скорость коррозии железа будет наибольшей?
Начало формы A. Cu | B. Zn | C. Mg | D. Al Конец формы |
Верный А |
14.Какая форма изготовлена правильно?
Начало формы A. | B. | C. Конец формы |
15.Выберите подходящий материал для стакана.
Начало формы | Материал | Температура стеклования |
A. | Полиэтилакрилат | -24 o C |
B. | Полистрол | 100 o C |
C. | Полиметилакрилат | 10 o |
D. | Полиметилметакрилат | 35 o C |
E. | Любой из указанных. Конец формы |
В
16.. Четыре свободно подвешенных стержня с одинаковым поперечным сечением разрушились под собственным весом.
Из какого материала был выполнен самый длиный стержень?
Начало формы A. Сталь | B. Углеродные волокна/эпоксидная смола, Vf= 0.5 |
C. Алюминий | D. Борные волокна/алюминиевый сплав, Vf= 0.5 Конец формы |
Конец формы
В
17. Какую форму примет деформированная заготовка круглого сечения?
Начало формы A. | B. | C. Конец формы |
18.Конец формы
18..Где вероятнее всего формируется усадочная раковина?
Начало формы A. | B. | C. | D. Конец формы |
19.Укажите правильное место расположения прибыли.
Начало формы A. | B. | C. | D. В любом месте. Конец формы |
20.Конец формы
6. Деталь 1 произведена литьем в форму, а деталь 2 литьем в песчанную форму.
Какое из следующих утверждений справедливо?
Начало формы A. Деталь 1 имеет более высокую точность размеров и более гладкие поверхности, чем деталь 2. |
B. Для детали 2 каждый раз необходима новой форма. |
C. Деталь 1 имеет более высокие механические свойства, чем у детали 2. |
D. Отливка детали 1 требует меньше времени, чем детали 2. |
E. Все утверждения справедливы. Конец формы |
21.Необходимо изготовить несколько таких стальных отливок.
Выберите подходящий процесс для производства детали.
Начало формы A. Непрерывное литье в кокиль. |
B. Литье в песчанную форму. |
C. Литье по выплавляемым моделям. |
D. Любой из указанных. Конец формы |
Конец формы
22.Какой материал нуждается в наибольшей прибыли при литья этой детали?
Начало формы A. Сталь. |
B. Алюминий. |
C. Медь. |
D. Магний |
E. Одинакова для всех. Конец формы |
Конец формы
23.ВКакие из полимеров могут быть подвергнуты технологическому процессу, показанному ниже?
Начало формы A. Термореактивные смолы. | B. Термопластики. |
C. Эластомеры. | D. Любые из приведенных. Конец формы |
24.Как изменится кривая напряжение-деформация (B) полимера с увеличением скорости деформирования?
Начало формы A. | B. | C. Конец формы |
А |
25.Конец формы
7. Какая кривая показывает типичную зависимость удельного объема аморфного термопластичного полимера от температуры?
Начало формы A. | B. | C. Конец формы |
Конец формы
26.После формирования образцы полукристаллического термопластичного полимера были охлаждены, как это показано на диаграмме.
Какой образец обладает наибольшей жесткостью?
Начало формы A. | B. | C. |
D. Одинакова для всех. Конец формы |
Конец формы
27.Чему равна температура стеклования у данного полимера?
Начало формы A. 70oC | B. 90oC |
C. 120oC | D. 140oC Конец формы |
28.При температуре 910oC длина железного стержня - 1 м.
Возможно ли, что длина стержня будет меньше 1 метра при температуре 920oC?
Начало формы A. Нет. Длина стрежня увеличится из-за теплового расширения. |
B. Это возможно, потому что коэффициент термического расширения железа отрицателен. Чем выше температура, тем короче стержень. |
C. Это возможно, так как произойдут изменения в структуре железо, которые вызывают укорачивание стержня. Конец формы |
29.Разрушение трех образцов с различным поперечным сечением произошло при одинаковой нагрузке.
Материал какого образца имеет самый высокий предел прочности?
Начало формы A. | B. | C. Конец формы |
Конец формы
30.Образец деформируется упруго.
Определите материал образца.
Начало формы A. Сталь | B. Алюминий |
C. Свинец | D. Титан Конец формы |
31.Чему равен предел текучести материала?
Начало формы A. 250 МПа | B. 130 МПа |
C. 200 МПа | D. 175 МПа Конец формы |
32.Модуль упругости какого материала выше? Чему он равен?
Начало формы
A. 75 ГПа | B. 100 ГПа |
C. 200 ГПа | D. 750 ГПа |
33.Имеются три одинаковых стержня из материалов, кривые деформирования которых представлены на рисунке. Из стержней вытягивают проволоку.
Выберите материал, из которого получится самая длинная проволока.
Начало формы A. | B. | C. | D. Одинаково для всех Конец формы |
Конец формы
34.Требуется обеспечить максимальное расстояние полета стрелы.
Выберите материал для упругого элемента арбалета.
Начало формы A. | B. | C. Конец формы |
35.Четыре стержня, имеющие одинаковое поперечное сечение и длину, закреплены за один из концов. Сила тяжести вызывает только упругую деформацию.
Стержень из какого материала имеет наименьшую длину?
Начало формы A. Титан | B. Бериллий |
C. Алюминий | D. Свинец Конец формы |
36.Два идентичных образца были растянуты до одинаковой деформации и затем разгружены.
Какой из образцов теперь длиннее?
Начало формы A. | B. | C. Оба одинаковы Конец формы |
Конец формы
37.Стальной шарик вдавлен в поверхность трех материалов.
Какой материал имеет наибольшую прочность при растяжении?
Начало формы A. | B. | C. Конец формы |
Конец формы
38.На рисунке A представлен образец из низкоуглеродистой стали, разрушенный при растяжении при комнатной температуре.
На каком рисунке изображен образец из того же материала разрушенный при температуре -50oC?
Начало формы A. | B. | C. | D. Конец формы |
Конец формы
39.Для разрушения скрепки из какого материала необходимо затратить наибольшее количество энергии?
Начало формы A. | B. | C. Конец формы |
40.На графике представлены результаты ударных испытаний.
Какой материал является более надежным? Почему?
Начало формы A. Материал 2. Поскольку температура вязко-хрупкого перехода этого материала более близка к эксплуатационной, чем у материала 1. |
B. Материал 1. Поскольку этот материал может работать в широком диапозоне температур без хрупкого разрушения. |
C. Одинаково надежны. Поскольку температура вязко-хрупкого перехода обоих материалов ниже эксплуатационной. Конец формы |
41.Где наиболее вероятно разрушение?
Начало формы A. | B. | C. Конец формы |
42.Критический коэффициент интенсивности напряжений равен KIC= 100 МПа• m1/2.
Какое максимальное напряжение деталь может выдержать до разрушения?
Начало формы A. 100 МПа | B. 300 МПа |
C. 500 МПа | D. 700 МПа Конец формы |
Конец формы
43.Какой рисунок показывает поверхность разрушения образца, подвергнуго двухстороннему изгибу при высоком уровне номинального напряжения?
Начало формы A. | B. | C. |
D. | E. | F. Конец формы |
4 4.Для какого стержня разрушение из-за ползучести произойдет быстрее?
Начало формы A. | B. | C. | D. Конец формы |
45.Конец формы
Для какого металла правильно указана температура, при которой происходит ползучесть?
Начало формы A. Al - 150 o | B. Fe - 350 o |
C. Ni - 350 o | D. Ti - 500 o Конец формы |
46.На левом рисунке представлена кривая охлаждения для сплава.
По фазовой диаграмме определите состав сплава?
Начало формы A. 50% M + 50% N | B. 20% M + 80% N |
C. 40% M + 60% N | D. 60% M + 40% N Конец формы |
Конец формы
47.Что представляет собой заштрихованная область на фазовой диаграмме?
Начало формы A. Эвтектика |
B. Твердый раствор a + жидкая фаза |
C. Твердый раствор a |
D. Твердый раствор b + жидкая фаза Конец формы |
48.Сплав O состоит на 50% из компонента М и 50% компонента N.
Какова массовая доля жидкой фазы сплава при температуре T1?
Начало формы A. 60% | B. 70% | C. 40% | D. 20% Конец формы |
49.Состав сплава O состоит из 50% компонента М и 50% компонента N.
Каков состав твердой фазы сплава при температуре T1?
Начало формы A. 20% M + 80% N | B. 30% M + 70% N |
C. 70% M + 30% N | D. 80% M + 20% N Конец формы |
50.В какой точке три фазы сосуществуют одновременно?
Начало формы A. | B. | C. | D. Конец формы |
51.Какая диаграмма соответствует сплаву, компоненты которого не образуют твердых растворов?
Начало формы A. | B. | C. | D. Ни одна из представленных Конец формы |
52.Чему равна максимальная концентрация компонента M в компоненте N при температуре T1?
Начало формы A. 17% | B. 10% | C. 5% | D. 20% Конец формы |
53.Какой сплав при комнатной температуре имеет структуру, показанную на рисунке?
Начало формы A. 70% M + 30% N |
B. 40% M + 60% N |
C. 20% M + 80% N Конец формы |
54.При какой температуре наблюдается максимальная растворимость компонента M в компоненте N?
Начало формы A. 800 oC | B. 900 oC |
C. 600 oC | D. 100 oC Конец формы |
55.Два компонента сплава имеют подобные кристаллические структуры и примерно одинаковы атомные радиусы, заряды и валентность.
Какая фазовая диаграмма соответствует сплаву таких компонентов?
Начало формы A. | B. | C. Конец формы |
56.Нагретый стальной стержень охлаждается с одного конца холодной водой.
Твердость <