Voigtův model kompozitu

Podobné dokumenty
Pevnost kompozitů obecné zatížení

Nespojitá vlákna. Technická univerzita v Liberci kompozitní materiály 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

Nespojitá vlákna. Nanokompozity

7 Lineární elasticita

Pevnost v tahu vláknový kompozit. Technická univerzita v Liberci Kompozitní materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

12. Struktura a vlastnosti pevných látek

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Co by mohl (budoucí) lékař vědět o materiálech tkáňových výztuží či náhrad. 20. března 2012

1. Měření hodnoty Youngova modulu pružnosti ocelového drátu v tahu a kovové tyče v ohybu

Téma: Měření Youngova modulu pružnosti. Křivka deformace.

Mechanické vlastnosti technických materiálů a jejich měření. Metody charakterizace nanomateriálů 1

Vibrace atomů v mřížce, tepelná kapacita pevných látek

Částice, vlastnosti, druhy

2.4.6 Hookův zákon. Předpoklady: Podíváme se ještě jednou na začátek deformační křivky. 0,0015 0,003 Pro hodnoty normálového napětí menší než σ

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Zkoušení kompozitních materiálů

Pevnost v tahu vláknový kompozit

Zkoušení kompozitních materiálů

Zapojení odporových tenzometrů

STRUKTURA A VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK

Cvičení Na těleso působí napětí v rovině xy a jeho napěťový stav je popsán tenzorem napětí (

Laboratorní cvičení L4 : Stanovení modulu pružnosti

Příloha-výpočet motoru

Pevnostní vlastnosti

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Pružnost a pevnost I

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

ρ 490 [lb/ft^3] σ D 133 [ksi] τ D 95 [ksi] Výpočet pružin Informace o projektu ? 1.0 Kapitola vstupních parametrů

Dovolené napětí, bezpečnost Zhotoveno ve školním roce: 2011/2012 Jméno zhotovitele: Ing. Iva Procházková

Výroba tablet. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Lisování tablet. POMOCNÉ LÁTKY (kluzné látky, rozvolňovadla) LÉČIVÉ LÁTKY

Kap. 3 Makromechanika kompozitních materiálů

Kapitola 3.6 Charakterizace keramiky a skla POVRCHOVÉ VLASTNOSTI. Jaroslav Krucký, PMB 22

Výroba tablet. Lisovací nástroje. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Lisování tablet. Horní trn (razidlo) Lisovací matrice (forma, lisovnice)

Poruchy krystalové struktury

Mechanika kontinua. Mechanika elastických těles Mechanika kapalin

18MTY 1. Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

7. Základní formulace lineární PP

Navrhování konstrukcí z korozivzdorných ocelí


Seriál VII.III Deformace, elasticita

Vzpěr, mezní stav stability, pevnostní podmínky pro tlak, nepružný a pružný vzpěr Ing. Jaroslav Svoboda

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.9 Plasticita a creep

NÁVRH A POSOUZENÍ DŘEVĚNÉHO PRŮVLAKU

Téma 2 Napětí a přetvoření

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

LOGO. Struktura a vlastnosti pevných látek

GAUSSŮV ZÁKON ELEKTROSTATIKY

Křehké materiály. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek, 2008

NÁVRH A POSOUZENÍ DŘEVĚNÝCH KROKVÍ

Nauka o materiálu. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

Statika 2. Vybrané partie z plasticity. Miroslav Vokáč 2. prosince ČVUT v Praze, Fakulta architektury.

PŘÍKLADY 1. P1.4 Určete hmotnostní a objemovou nasákavost lehkého kameniva z příkladu P1.2

CVIČENÍ č. 10 VĚTA O ZMĚNĚ TOKU HYBNOSTI

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.3 Pevnost krystalických materiálů

3. Způsoby namáhání stavebních konstrukcí

Adhezní síly. Technická univerzita v Liberci Kompozitní materiály, 5. MI Doc. Ing. Karel Daďourek 2008

Namáhání na tah, tlak

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Střední průmyslová škola strojírenská a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky, Kolín IV, Heverova 191

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Výroba tablet. Fáze lisování. Lisovací nástroje. Typy tabletovacích lisů. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob

Vybrané okruhy znalostí z předmětů stavební mechanika, pružnost a pevnost důležité i pro studium předmětů KP3C a KP5A - navrhování nosných konstrukcí

A mez úměrnosti B mez pružnosti C mez kluzu (plasticity) P vznik krčku na zkušebním vzorku, smluvní mez pevnosti σ p D přetržení zkušebního vzorku

Kritéria porušení laminy

DESTRUKTIVNÍ ZKOUŠKY SVARŮ I.

Adhezní síly v kompozitech

Nelineární problémy a MKP

Měření modulů pružnosti G a E z periody kmitů pružiny

6. Viskoelasticita materiálů

Pruty nam ahan e na vzpˇ er Martin Fiˇser Martin Fiˇ ser Pruty nam ahan e na vzpˇ er

Mezi krystalické látky nepatří: a) asfalt b) křemík c) pryskyřice d) polvinylchlorid

1. Změřte modul pružnosti v tahu E oceli z protažení drátu. 2. Změřte modul pružnosti v tahu E oceli a duralu nebo mosazi z průhybu trámku.

Experimentální realizace Buquoyovy úlohy

Materiálové vlastnosti: Poissonův součinitel ν = 0,3. Nominální mez kluzu (ocel S350GD + Z275): Rozměry průřezu:

BIOMECHANIKA BIOMECHANIKA KOSTERNÍHO SUBSYSTÉMU

Cvičení 9 (Výpočet teplotního pole a teplotních napětí - Workbench)

Autor: Vladimír Švehla

Mechanika s Inventorem

Zkoušení ztvrdlého betonu Objemová hmotnost ztvrdlého betonu

Dělení technických vlastností hornin

Kontraktantní/dilatantní

Elastické deformace těles

Dřevo hlavní druhy dřeva, vlastnosti, anizotropie

PRUŽNOST A PLASTICITA I

Mechanika hornin. Přednáška 2. Technické vlastnosti hornin a laboratorní zkoušky

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

Pružnost a pevnost. zimní semestr 2013/14

Aktuální trendy v oblasti modelování

Ztráta stability tenkých přímých prutů - vzpěr

7 Gaussova věta 7 GAUSSOVA VĚTA. Použitím Gaussovy věty odvod te velikost vektorů elektrické indukce a elektrické intenzity pro

Náhodné (statistické) chyby přímých měření

Tepelně aktivovaná deformace

Viskoelasticita. určeno pro praktikum fyziky Jihočeské univerzity, verze

Okruhy otázek ke zkoušce

Použitelnost. Žádné nesnáze s použitelností u historických staveb

PMC - kompozity s plastovou matricí

ZÁKLADNÍ ÚLOHY TEORIE PLASTICITY Teoretické příklady

Transkript:

Voigtův model kompozitu

Osnova přednášky Směšovací pravidlo použitelnost Princip Voigtova modelu Důsledky Voigtova modelu Specifika vláknových kompozitů

Směšovací pravidlo Nejjednoduší vztah pro vlastnost kompozitu označenou jako M k M k =Σ M di * v di + M m *v m - pravděpodobnostní princip výpočtu Pro tuto vlastnost nesmí platit synergický efekt. Pro objemové podíly platí v d + v m = 1 (jen jedna disperze!) Zpravidla se zadává v d a počítá v m = 1 - v d

Hustota kompozitu Hmotnost kompozitu m k = m m + m d, současně platí : m k = ρ k *V k, m m = ρ m *V m, m d = ρ d *V d Z toho lehce vyvodíme hustotu kompozitu : ρ k = ρ m * v m + ρ d * v d Pro hustotu platí vždy směšovací pravidlo Umožňuje často lehké určení procenta disperze v kompozitu Může být narušeno přítomností pórů

Určení pórů Množství pórů v kompozitu je možné určit z hustoty. Protože je v m + v p + v d = 1, platí : ρ k = ρ m * v m + ρ d * (1 - v m - v p ) Z toho lze lehce odvodit v p = 1 ϱ k / ϱ d + v m * (1 ϱ m / ϱ d )

Voigtův model Předpokládáme podélné tahové zatížení vláknového kompozitu Proto také podélný model Prodloužení celého kompozitu, vláken i matrice je stejné, totéž platí i pro relativní deformaci, tedy k = d = m Síla se rozdělí mezi vlákna a matrici, tedy P k = P d + P m

Deskový kompozit Stejně se bude chovat i deskový kompozit, který bude zatížen tahovým napětím v rovině desek.

Výpočet sil v modelu Pro celý kompozit, stejně jako pro vlákna i matrici musí platit, že zatěžovací síla je součin napětí a průřezu. Vyjádření zatěžovacích sil průřezy a napětím a dosazení do vztahu pro celkovou sílu v kompozitu nám dává A k * k = A d * d + A m * m Vydělením A k dostaneme vztah k = v d * d + v m * m

Dosazení Hookova zákona Pokud jsou zatěžovací síly jen tak malé, že platí Hookův zákon pro vlákna i matrici (do meze pružnosti), musí platit i pro kompozit jako celek úměrnost mezi napětím a deformací, napětí je přitom vždy součin relativní deformace a Youngova modulu E. Dosazením Hookova zákona do předchozího vztahu dostaneme vztah E k * k = v d * E d * d + v m * E m * m

Základní vztah Základní předpoklad modelu, něhož jsme vycházeli, byl, že relativní deformace vláken, matrice i kompozitu jsou stejné. Můžeme tedy předchozí vztah vydělit relativní deformací ε k = ε d = ε m a získáme základní vztah E k = v d * E d + v m * E m Pro Youngův modul platí ve Voigtově modelu směšovací pravidlo. Více disperzí : E k = ( v di * E di ) + v m * E m

Úvahy o přesnosti Matrice se nebude deformovat v celé šířce mezi vlákny stejně. Příčná deformace - Poissonova čísla matrice i disperze nebudou stejná, tedy se matrice i vlákna v příčném směru budou deformovat rozdílně, takže vznikne napětí i v příčném směru. Proto není Voigtův model zcela přesný, úvahy o elastické energii ukazují, že dává horní odhad Youngova modulu.

Důsledky Voigtova modelu pro napětí Protože je stejná deformace vláken i matrice, můžeme odvodit vztah ε = σ d / E d = σ m / E m Pro poměr napětí v disperzi a matrici musí platit vztah E d / E m = d / m Aby byla disperze co nejvíc zatížená (přebrala co největší podíl zátěže matrice a tím kompozit co nejvíce zpevnila), musí mít co největší Youngův modul proti modulu matrice.

Důsledky Voigtova modelu pro zatěžovací sílu Protože síla ve vláknech i v matrici je vždy rovna součinu průřezu a napětí, platí P d / P m = E d / E m * A d / A m Vydělením celkovým průřezem kompozitu zjistíme, že pro poměr sil v disperzi a matrici platí P d / P / P m = E = E d / E / E m * v * v d / v / v m Aby nesla disperze co největší podíl celkového zatížení, musí mít velký Youngův modul a musí jí být navíc co nejvíce.

Perkolační mez Vlákna se zpočátku v kompozitu nemohou vzájemně dotýkat, všude je mezi nimi matrice. Pokud jsou vlákna např. elektricky vodivá, je kompozit vodivý ve směru vláken, ale nevodivý v kolmém směru. Pokud množství vláken překročí tzv perkolační mez, začnou se vlákna mezi sebou dotýkat a kompozit bude vodivý i v příčném směru (podrobněji u částic). Totéž platí pro nasákavost nebo tepelnou vodivost.

Příklad perkolační křivky Perkolační mez obvykle několik % vláken

Maximální množství vláken Vlákna nemohou přijít k sobě blíže, než je na vedlejším obrázku jejich středy tvoří rovnostranný trojúhelník. Je-li poloměr vlákna r, plocha vláken uvnitř trojúhelníku je právě jeden půlkruh, tedy π r 2 /2. Strana trojúhelníku je 2r, výška r * 3, jeho obsah je tedy r 2 * 3. Prázdná plocha uvnitř trojúhelníku (není zelená) je rovna r 2 * 3 - π r 2 /2.

Důsledek pro vláknový kompozit Poměr této prázdné plochy a plochy trojúhelníku je tedy (r 2 * 3 - π r 2 /2) / r 2 * 3 = 0,09. Pokud tedy bude v kompozitu více než 9 % matrice (a 91 % vláken), nemohou v kompozitu (v ideálním případě) vznikat póry. Při pokusu ještě snížit množství matrice začnou vznikat póry kapiláry. Ve skutečnosti není možné vlákna uspořádat tak dokonale, jak jsme předpokládali maximum vláken pro kompozit bez pórů je okolo 80 %.