Задание № 1:
На цилиндрическую деталь летательного аппарата действует растягивающая сила N = 55000 (Н). Деталь имеет длину L = 900 (мм); площадь поперечного сечения S = 95 (мм2); масса детали М = 450 (г); рабочая температура детали t = 900 0С.
Требуется:
1. Выполнить для заданной детали расчеты прочности, плотности и удельной прочности без учета материала детали.
2. Выполнить проектирование композиционного материала (КМ) для заданной детали.
Расчет № 1
1. Рассчитываем предел прочности при растяжении:
2. Определяем верхнее и нижнее значение
плотности детали (плотность КМ допускается
меньше на 10%):
3. Рассчитываем верхнее и нижнее значение удельной прочности:
Расчет № 2
Расчеты КМ для данной детали:
Материал матрицы – УУМ. Материал волокон – Al2О3.
1. Расчет критической длины волокон:
2. Рассчитываем объемную концентрацию волокон:
3. Рассчитываем плотность спроектированного КМ:
4. Расчет удельной прочности спроектированного КМ:
5. Проверяем выполнение необходимого условия для спроектированного КМ:
Неравенство выполняется. Делаем вывод, что КМ спроектирован правильно.
Задание № 2:
На цилиндрическую деталь летательного аппарата действует растягивающая сила N=65000 Н. Деталь имеет длину L = 800 мм; площадь поперечного сечения S=85 кв. мм.; масса детали М = 350 г; рабочая температура детали t=250 0С.
Требуется:
1. Выполнить для детали расчеты прочности, плотности и удельной прочности без учёта материала детали.
2. Выполнить проектирование композиционного материала (КМ) для заданной детали.
Исходные данные: N = 65000 Н; М = 0,35 кг; L = 0,8 м; t =250 0С;
S =85.10-6 мм2.
Выполнение расчетов:
Часть 1.
1. Определяем расчётное напряжение растяжения в детали:
2. Определяем верхнее и нижнее значения плотности детали:
3. Вычисляем верхнее и нижнее значения удельной прочности:
Часть 2.
Выбираем в качестве материала матрицы алюминиевый высокопрочный сплав 1950 (В95).
Характеристики материала:
Выбираем в качестве наполнителя керамические волокна Al2О3.
Характеристики наполнителя:
1. Расчёт критической длины волокон:
2. Расчёт минимальной объёмной концентрации волокон:
3. Расчёт удельных энергетических затрат на изготовление материалов матрицы и волокна:
4. Расчёт общих энергетических затрат на изготовление детали из проектируемого КМ:
5. Расчёт плотности спроектированного КМ:
6. Расчёт удельной прочности для спроектированного КМ:
Имеем 
Как видно 
.
Вывод: Расчёт удельной прочности показывает, что для спроектированного КМ выполняется требование по удельной прочности. Таким образом, для изготовления детали можно выбрать матрицу из сплава 1950 (В95), наполнитель из керамических волокон Al2О3 диаметром 127 мкм и длиной 364 мкм при концентрации 27,2 об. %.
7.2 Контрольные вопросы:
1. Что такое матрица и какие виды бывают?
2. Как классифицируют наполнитель по геометрии, расположению его в матрице, природе компонентов?
3. Преимущества САП?
4. Является ли сплав ВК3 композиционным материалом?
5. Какие компоненты фрикционных материалов?
6. Назначение магнитодиэлектриков?
8. Рекомендуемая учебная литература и иные материалы
1. Богодухов С.И. Материаловедение и технологические процессы в машиностроении: Учебное пособие / С. И. Богодухов, Проскурин А.Д., Сулейманов Р.М., Схиртладзе А.Г.; Под ред. С.И. Богодухова.- Старый Оскол: ТНТ, 2015 – 560с.
2. Игнатьев Д.А. Материаловедение: лабораторный практикум./ Д.А. Игнатьев; Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева.- Нижний Новгород, 2014. - 87 с.
3. Ржевская С.В. Материаловедение: Учебник для ВУЗов / С. В. Ржевская. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Логос, 2004. - 424 с.
- Богодухов С.И. Курс материаловедения в вопросах и ответах [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Богодухов С.И., Синюхин А.В., Козих Е.С.— Электрон. текстовые данные.— М.: Машиностроение, 2010.— 352 c.— Режим доступа: https://www.iprbookshop.ru/5121.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
- Уильям Д. Каллистер Материаловедение. От технологии к применению. Металлы, керамика, полимеры [Электронный ресурс]: учебник/ Уильям Д. Каллистер, Дэвид Дж. Ретвич— Электрон. текстовые данные.— СПб.: Научные основы и технологии, 2011.— 896 c.— Режим доступа: https://www.iprbookshop.ru/13216.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
6. Технологии конструкционных наноструктурных материалов и покрытий [Электронный ресурс]: монография/ П.А. Витязь [и др.].— Электрон. текстовые данные.— Минск: Белорусская наука, 2011.— 283 c.— Режим доступа: https://www.iprbookshop.ru/12322.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
7. Михайлин Ю.А. Конструкционные полимерные композиционные материалы [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Михайлин Ю.А.— Электрон. текстовые данные.— СПб.: Научные основы и технологии, 2010.— 822 c.— Режим доступа: https://www.iprbookshop.ru/13214.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
8. Игнатьев Д.А. Материаловедение. Теория. Задания. Примеры: Учебное пособие / Д. А. Игнатьев. - Арзамас: АПИ НГТУ, 2009. - 129 с.
9. Буслаева Е.М. Материаловедение [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Буслаева Е.М.— Электрон. текстовые данные.— Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2012.— 148 c.— Режим доступа: https://www.iprbookshop.ru/735.— ЭБС «IPRbooks», по паролю
10. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: Учебное пособие / Под ред. В.С. Чередниченко. - 5-е изд., стер.; Допущено УМО. - М.: Омега-Л, 2009. - 752 с.: ил., табл.
11. Гарбер М.Е. Износостойкие белые чугуны: свойства, структура, технология, эксплуатация. - М.: Машиностроение, 2010 - 280 с.
12. Комбалов В.С. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов. Справочник. Под ред. К.В. Фролова, Е.А. Марченко. - М.: Машиностроение, 2008 - 384 с.
Периодические издания
1. Материаловедение.
2. Новости материаловедения. Наука и техника.
3. Фундаментальные проблемы современного материаловедения.
4. Вопросы материаловедения
5. Известия РАН: Серия физическая Кристаллография. Материаловедение. Металловедение и термическая обработка материалов. Металлы.
Интернет ресурсы
1. Электронно-библиотечная система издательства «Лань-Трейд»: https://e.lanbook.com/. Дата обращения: 23.09.2015.
2. Электронно-библиотечная система издательства «IPRbooks»: www.iprbookshop.ru. Дата обращения: 23.09.2015.
3. Электронная библиотека научных публикаций «eLIBRARY.RU»: https://elibrary.ru. Дата обращения: 23.09.2015.
4. Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт – Республиканский исследовательский научно-консультационный центр экспертизы». Официальный сайт. Режим доступа: https://www.extech.ru/. Дата обращения: 23.09.2015.
5. Официальный сайт Института материаловедения. Режим доступа: https://цниитмаш.рф/glavnaya/struktura-kompanii/institut-materialovedeniya-im/ Дата обращения: 22.11.15.
6. Официальный сайт ГНЦ ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей". Режим доступа: https://www.crism-prometey.ru/index.aspx. Дата обращения: 22.11.2015.
7. Единое окно доступа к образовательным ресурсам. Режим доступа: https://window.edu.ru/window/library. Дата обращения 23.09.2015.