Содержание

Области применения — Группа компаний композит

Изначально композитные материалы разрабатывались исключительно со стратегическими, военными целями, однако, по прошествии относительно небольшого промежутка времени, они прочно заняли свое место как материалы широкого потребления, нашедшие применение в судостроении, автомобилестроении, химической промышленности, ветроэнергетике, авиационной промышленности и т.д. Композиты успешно заменяют привычные нам материалы, такие как металл, камень и дерево.

Благодаря таким своим свойствам как прочность, легкость, долговечность, неподверженность коррозии, пожаростойкость, композитные материалы широко применяются в строительстве как в качестве конструкционных, так и отделочных материалов. На основе композитов изготавливается искусственный камень, без которого сложно представить себе современное строительство и интерьеры.

Композитный материал на основе смолы и стеклянных армирующих элементов — стеклопластик успешно применяется в химической промышленности, заменяя при этом металл.

Несомненным преимуществом стеклопластика является то, что он не подвержен воздействию агрессивных сред, и гораздо более долговечен, чем металл. Это позволяет применять стеклопластик там, где использование изделий из других материалов невозможно, или же связано с большими сложностями и рисками, например, хранение и транспортировка очень агрессивных химически активных веществ.

Из стеклопластика изготавливают корпуса и надстройки яхт и кораблей, детали и элементы тюнинга автомобилей, отделочные панели, используемые в поездах и метро, изделия для активного отдыха (бассейны, лыжи, горки в аквапарках). Также следует отметить важную роль современных композитных материалов в ветроэнергетике, где они используются для изготовления лопастей ветрогенераторов. Это одна из наиболее динамично развивающихся областей их применения, поскольку идея создания экологически чистой энергетики актуальна как никогда.

Ведутся активные исследования в области нанокомпозитов, которые, благодаря своему составу, будут иметь как абсолютно новые свойства, так и качества, присущие обычным композитам, но увеличенные в несколько раз. Применение композитных материалов во всех областях находится в постоянном развитии. С каждым днем появляются новые материалы с более совершенными

 

Главная страница

Главная страница

Союз производителей композитов

Примите участие в создании благоприятных условий развития и формировании будущего производства и применения композитных материалов и изделий из них совместно с ведущими отраслевыми организациями.

Как стать членом Союза производителей композитов?

WorldSkills Russia

Площадка оценки компетенций и квалификаций специалистов композитной отрасли России на соревнованиях по стандартам WorldSkills.

Компетенция «Технологии композитов» моделирует работу опытного композитного производства, сочетающего компетенции инженерных и рабочих кадров.

Подробнее о компетенции

Отраслевые СМИ

Мероприятия композитной отрасли и отраслей-потребителей

Приглашаем организации композитной отрасли и отраслей-потребителей к участию в ключевых мероприятиях отрасли.

Календарь мероприятий 2021-2022 гг. Отраслевое регулирование

Взаимодействие с органами власти и общественными организациями; федеральные, региональные, отраслевые и международные программы развития…

Техническое регулирование

Разработка сводов правил, национальных и межгосударственных стандартов, технических регламентов. Ведение секретариата ТК 497 «Композиты, конструкции и изделия из них»…

Экономическое регулирование

Благоприятная таможенно-тарифная и налоговая среда; специальные защитные, антидемпинговые, компенсационные меры; интеллектуальная собственность…

Кадровое обеспечение

Учебные заведения, переподготовка и повышение квалификации, профессиональные стандарты, чемпионаты WorldSkills Russia, биржа труда, проверка знаний…

Развитие рынка

Отраслевые мероприятия: выставки, конференции, семинары, круглые столы; отраслевые средства массовой информации: вестники, журналы…


Партнеры союза

117638 г. Москва, ул. Одесская, д. 2, корпус С

Подробнее’] , [55.981578031138,37.142475129222, ‘

АО «НПК «Суперметалл»

141551 Московская область, Солнечногорский район, р.п. Андреевка

Подробнее’] , [55.980509598345,37.137282372568, ‘

АО «НПО «Стеклопластик»

141551 Московская область, Солнечногорский район, р.п. Андреевка, стр. 3А

Подробнее’] , [50.34404414367,11.700046711639, ‘

KARL MAYER LIBA Textilmaschinenfabrik GmbH

Oberklingensporn 1, 95119 Naila, Германия

Подробнее’] , [55.729855979433,37.609827518463, ‘

ООО БауТекс

119049 Россия, г. Москва, Крымский вал 3, оф. 308

Подробнее’] , [55.72159455321,37.77570891376, ‘

Ассоциация организаций «КСМ»

109428 г. Москва, 2-ая Институтская улица, дом 6, строение 1

Подробнее’] , [55.739596858793,37.409844875292, ‘

ФГБОУ ВО «МАИ»

121552, Москва, ул.Оршанская, д.3

Подробнее’] , [55.700202795323,37.572555541992, ‘

Национальная ассоциация наноиндустрии

119334 Россия, Москва, ул. Бардина, д.4, корпус 1

Подробнее’] , [55.160678490977,61.370211124377, ‘

ФГБОУ ВО «ЮУрГУ» (НИУ)

454080, г. Челябинск, проспект Ленина, 76

Подробнее’] , [55.802323898021,37.529319762834, ‘

ФГБОУ ВО «МАДИ»

125319, Москва, Ленинградский проспект, 64

Подробнее’] , [55.857451665719,37.691433906512, ‘

ФГБОУ ВО НИУ «МГСУ»

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26

Подробнее’] , [55.692268901501,37.555156230883, ‘

ФГБОУ ВО «РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина»

119991, Москва, Ленинский пр-т., д. 65

Подробнее’] , [55.789676941361,37.594603300095, ‘

ФГБОУ ВО МГТУ «СТАНКИН»

127055 Москва, Вадковский переулок, стр.1

Подробнее’] , [59.934856097494,30.316478848108, ‘

ФГБОУ ВО «СПбГУПТД»

191186 г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д.18

Подробнее’] , [49.54311564483,5.9052797962952, ‘

Airtech Europe Sarl

Zone Industrielle Haneboesch L — 4562 Differdange Luxembourg

Подробнее’] , [51.449393170483,7.0140209194506, ‘

Evonik Resource Efficiency GmbH

Germany 45128 Essen, Rellinghauser Strasse 1–11

Подробнее’] , [55.090412726337,33.243342876412, ‘

АО «Авангард»

215500, Смоленская область, город Сафоново, ул. Октябрьская, д. 78

Подробнее’] , [52.003796,47.817036, ‘

ООО «Балаково Карбон Продакшн»

Саратовская обл., г. Балаково, 413841, Саратовской шоссе д.2

Подробнее’] , [52.506044625926,85.140064001061, ‘

ООО «Бийский завод стеклопластиков»

659316 Алтайский край, г. Бийск, ул. Ленинградская 60/1

Подробнее’] , [57.443816314129,41.158927917131, ‘

ООО «Волжский инжиниринговый центр»

156901, Костромская обл., г. Волгореченск, Промзона, квартал, 35

Подробнее’] , [55.785454142621,49.11871576307, ‘

ООО НПП «Завод стеклопластиковых труб»

420111, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Пушкина, д. 1/55а

Подробнее’] , [55.636090650336,40.619728803285, ‘

АО «ОС Стекловолокно»

Владимирская обл., г. Гусь-Хрустальный, ул. Транспортная д. 33

Подробнее’] , [55.743661064752,37.710234403676, ‘

ООО «Суперпласт»

111024, г. Москва, Перовский проезд, 35

Подробнее’] , [55.709210218557,37.720119953156, ‘

АО «Холдинговая компания «Композит»

109316 г. Москва, Волгоградский пр. 42, корп. 13

Подробнее’] , [54.799083090739,56.085780143803, ‘

АО «СТЕКЛОНиТ»

450027, Республика Башкортостан, Уфа, ул. Трамвайная,15

Подробнее’] , [56.420815,38.144677, ‘

ООО «Новые Трубные Технологии»

141320 Московская обл., Сергиево-Посадский р-н, г. Пересвет, Промзона д.1

Подробнее’] ]; /*add markers and clusters on the map*/ var markers = []; var marker = []; var infobox = []; var closeBtn = «/_v/_i/btn_infobox_close.png»; for (var i = 0; i

География союза

Почему тормозится применение композитов в строительстве

Проблеме увеличения долговечности строительных конструкций зданий и сооружений, автомобильных дорог посвящено множество научных работ и жарких дискуссий. С главным выводом согласны практически все: эту задачу возможно решить только при помощи комплексного подхода. Как здесь могут помочь композитные материалы?

 

Заменим сталь на композиты

Существенно увеличить срок службы железобетонных конструкций поможет замена металлической арматуры на композитную. Для армирования несущих и ограждающих конструкций сегодня разработаны и применяются композитные арматуры с применением полимеров из углеродного волокна, стекло- и базальтопластика.

Отметим, что композитный (или композиционный) материал является конструкционным и может быть как металлическим, так и неметаллическим. В его состав входят усиливающие элементы в виде волокон и нитей из более прочного материала.

Например, пластик армируют углеродными, борными и стеклянными волокнами, а алюминий — нитями из бериллия или стали. Варьируя наполнение, можно получить композиционные материалы с заданными параметрами по прочности, коррозионной или абразивной стойкости. Кроме того, такие материалы могут приобретать необходимые диэлектрические, магнитные и другие свойства.

 

Характеристики композитной арматуры из стекла и углепластика

Характеристики Из стеклопластика Из углепластика
ТУ 2296-001-20994511–2006 ТУ 5714-007-13101102–2009 ТУ 5769-001-09102892–2012 ТУ 1916-001-60513556–2010
Предел прочности при растяжении 1100 МПа 1000 МПа 1200 МПа 1600 МПа
Модуль упругости при растяжении 50 ГПа 45 ГПа 55 ГПа 130 ГПа

Источник: ВНИИ авиационных материалов

 

В мире

Но вернемся к практическому применению композитов в строительстве. Сами полимерные композиты, изделия и конструкции из них давно нашли в мировой строительной индустрии достаточно широкое применение.

Более 30% от всего мирового объема выпускаемых полимерных композиционных материалов используется именно в стройиндустрии, а это около 4 млн т. Наибольшее применение они находят при строительстве транспортной инфраструктуры, в жилищно-коммунальном хозяйстве, при возведении промышленных и жилых зданий.

 

В России

А вот в нашей стране, несмотря на призывы властей и соответствующую программу (еще в 2013 году премьер-министр Дмитрий Медведев утвердил комплекс мероприятий по совершенствованию механизмов производства композиционных материалов и изделий из них, подготовленную упраздненным ныне Минрегионом РФ), применение композитов до сих пор находится на недопустимо низком уровне.

По разным оценкам, потребление полимерных композитов в отечественной строительной отрасли составляет от 0,5 до 2% от общемирового объема, а это лишь капля в море: всего 6—7 тыс. т. В число «приятных исключений» входит недавно открытый ГК «Мортон» в подмосковном Наро-Фоминске ДСК «Град», где в производстве панелей используется арматура из композитных материалов.

В чем же причина такого незавидного положения дел в масштабах страны? В незнании или непонимании преимуществ композитных материалов? В боязни всего нового? Или же в бюрократических проволочках?

 

Не хотят или не могут?

Как говорят эксперты, специалисты строительной отрасли зачастую просто не обладают информацией о возможностях композиционных материалов. Многие из них до сих пор не знакомы с соответствующими документами, которые регламентируют требования к применению в строительстве полимерных композитов. А отчасти строители просто игнорируют существующие нормативы, которые подтверждают возможность применения полимерных композиционных материалов.

— Система, созданная в Минстрое и ЖКХ РФ для внедрения инноваций, не только не работает, но и не позволяет их внедрять, — констатирует исполнительный директор Союза производителей композитов Сергей Ветохин. — Это связано в первую очередь с отсутствием необходимой правовой базы. Для того чтобы система заработала, необходимо внести изменения в действующие нормативные правовые документы.

Впрочем, лед, похоже, наконец тронулся. В Минпромторге РФ подготовлены методические рекомендации по разработке региональных программ внедрения и практического применения композитов в строительстве. Такие программы сегодня уже разрабатываются отдельных регионах, в частности в Ленинградской, Смоленской и Волгоградской областях, в Санкт-Петербурге, Хабаровском крае и в других субъектах РФ.

 

Ударим композитом по российским дорогам

Особенно активно внедрением современных материалов занимаются в Росавтодоре. Около года назад здесь была принята «Программа Федерального дорожного агентства по внедрению композиционных материалов (композитов), конструкций и изделий на 2015—2020 гг.».

Многие необходимые элементы для ремонта и строительства дорог с применением композитов уже выпускают предприятия отрасли. Это различная арматура, армирующие сетки, элементы дорожной инфраструктуры: лотки, заграждения, шумопоглощающие экраны, столбы освещения и т.д.

В конце 2015 года на заседании Научно-технического совета Росавтодора в г. Санкт-Петербурге будут подведены итоги реализации комплексной программы по внедрению композитных материалов в регионах.

— Уже сегодня видно, что применение при проектировании и строительстве объектов транспортной инфраструктуры полимерных композитных материалов и конструкций (таких как армирование нежестких дорожных одежд с помощью композитных георешеток, внедрение систем водоотведения с дорожного полотна и мостовых сооружений, изготовление перильных ограждений на основе стеклопластика) способствует росту темпов их применения и предотвращению использования контрафактной продукции на федеральных дорогах страны, — подчеркивает начальник Управления научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства Александр Бухтояров.

Так что сегодня использование конструкций из композитов стало одним из приоритетных направлений инновационного развития дорожного хозяйства.

Что ж, как говорится, всем бы так.

 

Слово за вами, строители и коммунальщики

А вот в строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве применение композитных изделий до сих пор находится в эмбриональном состоянии.

В основном в проекты реконструкции и модернизации жилищного строительства закладываются изделия из таких традиционных материалов, как железобетон, сталь и чугун. Хотя применение композитов для канализационных труб, коллекторов, труб горячего и холодного водоснабжения позволило бы существенно повысить эффективность эксплуатации строящихся и действующих объектов.

При этом применение композитных изделий и материалов на пилотных и экспериментальных строительных объектах подтверждает и доказывает необходимость и обоснованность их применения.

Так что же нужно сделать, чтобы современные и столь необходимые строительные материалы заняли свое достойное место? Кто ответит за то, что в этом отношении Россия плетется в хвосте мирового прогресса?

Ответ очевиден. За низкое внедрение композитов в строительстве и жилищно-коммунальной сфере отвечает профильное ведомство — Министерство строительства и ЖКХ РФ, которому давно уже пора взять пример с коллег из Федерального дорожного агентства.

Ну а мы, журналисты, можем лишь обратиться к профессиональному сообществу с пафосными словами в духе прежних первомайских призывов: «Строители и коммунальщики! Активнее берите пример с российских дорожников, идущих в авангарде внедрения композитных материалов! Ура!»

Владимир РЕЧМЕНСКИЙ

Моделирование композитов в Siemens Femap

Моделирование многослойного КМ в FEMAP

В этом разделе мы подробно расскажем о моделировании многослойных композиционных материалов(КМ) в Siemens Femap. Существует 4 основных отличия от моделирования металлических деталей. Необходимо знать следующее:

  • Свойства материала (ортотропный или анизотропный и т.п.)
  • Количество слоев, их толщину и углы укладки материала по отношению к оси элемента(reference axis)
  • Тип элемента (Laminate) и свойства материала (2D или 3D – Orthotropic)
  • Направление, относительно которого будем откладывать углы укладки слоев.

Каждый из указанных выше пунктов рассмотрим в Femap далее. Есть два способа, которые можно использовать для моделирования многослойных композитов в Siemens Femap. Зависит от того, является ли модель двумерной или трехмерной. Определение материала, конфигурации слоев (Layup) и свойств (Property) является общим для двумерных и трехмерных моделей. Однако, углы укладки слоев могут быть заданы с использованием двух методов для 2D-модели, в то время как для 3D-модели используется лишь один метод. В двумерной модели углы укладки можно задавать направлением элементов или непосредственно в свойствах. Определение углов укладки материала на элементах — удобный подход, особенно при сложной геометрии. Можно выбрать несколько элементов и задать углы укладки материала вместо назначения определенного угла материала всем элементам в свойствах. Для 3D-моделей мы должны задавать углы укладки слоев в свойствах, поэтому для моделей со сложной геометрией нужно создавать несколько свойств. В следующих подразделах приведен обзор функций Siemens Femap для моделирования многослойного композита с примерами.

Способы моделирования многослойных композитов в Siemens Femap
Существенные параметры

Моделирование может быть простым, если грамотно задать параметры композиционного материала.

Важно выбрать (или создать) систему координат, которая подходит для вашей модели. В большинстве случаев подойдет базовая прямоугольная система координат. Тем не менее, нужно быть осторожным при работе с композиционными материалами (КМ) на криволинейных поверхностях. Углы укладки отдельных слоев, назначенные в редакторе конфигурации пакета(layups), будут откладываться от начальной системы координат.

Следует назначить тип материала (Materials) для многослойного КМ. Есть двумерные или трёхмерные ортотропные материалы.

Должны быть указаны свойства КМ (Properties). Для двумерных элементов используют свойство «Laminate». Аналогично, для 3D-элементов используют «Solid Laminate». Также в свойствах можно указать подходящий критерий разрушения (Failure Criterion).

Углы укладки, толщины, количество слоев и их направление задают в редакторе конфигурации слоев (Layups).

Всегда проверяйте свои единицы измерения
Определение ортотропного материала
  • Обратите внимание, что свойства материала в продольном и поперечном направлениях разные.Продольное направление определяется углом укладки.
  • В зависимости от типа анализа требуются различные свойства материала.

Выберите подходящий тип материала (например, Ortotropic 2D):

Диалоговое окно задания свойств композитного материала Define Material — 2D ORTHOTROPIC

Опция Tsai-Wu Interaction требуется, если используется критерий разрушения Цая-Ву (Tsai-Wu). Это значение должно быть определено экспериментально. Если у вас есть свойства волокна и матрицы, можно оценить свойства композита, используя правила смесей или другие методы.

Общие сведения о редакторе конфигурации слоев (Layup)
Редактор конфигурации слоев Layup Editor в Siemens Femap
  • Обратите внимание на нумерацию слоев пакета укладки; Она начинается с нижнего слоя.
  • Материал, назначенный для каждого слоя. Можно также назначить несколько материалов(например, материал сотового заполнителя).
  • Углы укладки задаются относительно оси ориентации материала.
  • Кнопка Compute вычисляет эквивалентные свойства пакета (мембранные свойства, изгибные свойства, ABD матрицу – матрицу жесткости)
  • В поле Thickness задается толщина элементарного слоя

Средство просмотра структуры пакета — это полезный инструмент для визуализации структуры слоёв:

Интерактивное средство просмотра структуры пакета в Siemens Femap

Важно отметить, что отображаются углы ориентации слоев относительно оси ориентации материала (указанного в свойстве или для элемента). Чтобы избежать путаницы, можно отобразить ориентацию вдоль элемента с заданным углом и убедиться, что углы соответствуют фактической ориентации пакете.

Свойства (Property): Моделирование двумерного композиционного материала
Диалоговое окно задания свойств композитных конечных элементов Define Property — LAMINATE PLATE Element Type
  • По умолчанию толщина откладывается от срединной поверхности
  • Если все слои в композите описаны в редакторе слоев, вы можете оставить все по умолчанию. Если описана только половина слоев, Вы можете использовать опцию симметрии для создания симметричной структуры КМ
  • Параметр bondShr Allow требуется, если выбран критерий разрушения. Это допускаемое напряжение межслоевого сдвига
  • Используйте определенную теорию разрушения материала, если хотите вычислить критерий разрушения для отдельных слоев
  • Назначьте соответствующий угол оси материала. Углы волокон слоев будут ориентированы относительно этой оси
Углы укладки материала и главное направление

Если углы укладки определены в редакторе слоев, то Femap не будет знать, с какого направления отсчитывать эти углы. Поэтому нужно задать главное направление ориентации материала. Это будет базовый вектор, указывающий продольное направление материала. Например, если выбран базовый вектор по оси X, тогда при ориентации всех слоев будет происходить по направлению оси X (это будет продольное направление, соответствующее углу 0 градусов). Не следует путать термины «угол укладки материала» и «направление ориентации» в редакторе слоев. Угол укладки материала — это угол, между заданным базовый направлением и направлением укладки волокон материала. Главное направление — это ось, от которой откладывается угол укладки. По умолчанию Femap не назначает никакого угла материала. Для задания угла материала используйте любой из следующих способов.

Углы укладки материала и главное направление
Задание базового направления, ориентации элементов

Можно определить или изменить направление элементов, используя команду Modify, Update Elements, Material Orientation:

Задание базового направления композитных элементов в Siemens Femap

Этот метод позволяет задать базовое направление для выбранного набора элементов или всех элементов за один раз. Важно отметить, что это направление не зависит от системы координат элемента и формы элемента. Например, на рисунке ниже показаны элементы, форма которых искажена. Однако все углы материала выравниваются по направлению глобальной оси X. Если угол материала не определен, Femap при выполнении трансляции во входной файл Nastran выведет сообщение об ошибке. Если вы не определите направление для нескольких элементов в модели, может быть довольно сложно отследить элементы с пропущенными определениями направлений. Углы материала в элементах Laminate можно проверить, выбрав следующие параметры, используя F6 или команду View Options.

Далее мы покажем, как отобразить базовое направление. Можно также проверить заданные направление и обновить его, если изменяли, используя процедуру, описанную ранее. В случае сложной геометрии с криволинейными поверхностями, базовое направление материала может быть эффективно определены с помощью цилиндрической системы координат, если базовый вектора должен следовать по касательной к поверхности.

Диалоговое окно Material Orientation Direction для определения ориентации материала в композитных элементах в Siemens Femap
Пример определения направления материала для модели со сложной геометрией

На следующей картинке показан носок композитного крыла. Направление материала вдоль оси должно соответствовать кривизне на передней кромке. Однако из рисунка видно, что векторы, представляющие вектор направления материала, не следуют за кривизной.

Пример определения направления материала для модели со сложной геометрией

Чтобы точно учесть угол материала, мы можем использовать цилиндрическую систему координат (R, T, Z) вместо прямоугольной системы координат (X, Y, Z). Мы хотим создать новую цилиндрическую систему координат вместо существующей цилиндрической системы координат, которая будет корректно выдерживать направление материала. Для создания новой цилиндрической системы координат выполните следующие шаги:

Создание новой цилиндрической системы координат в Siemens Femap

Мы будем использовать процедуру, описанную ранее в разделе «Задание базового направления, ориентации элементов», чтобы обновить направление материала. Выполните команду Modify, UpdateElements, Material Orientation. Вам будет предложено выбрать элементы, для которых должен быть определен/обновлен угол материала. В этом примере мы выберем все криволинейные элементы. Затем Вам будет предложено выбрать направление ориентации материала, как показано ниже.

Выбор направления ориентации материала в диалоговом окне Material Orientation Direction

Описанная выше процедура будет ориентировать все углы материала вдоль кривизны передней кромки.

Создание свойств трехмерного композиционного материала

Обратите внимание, что выбор теории разрушения недоступен в окне свойств. Для 3D композитов критерий разрушения указывается при выборе материала:

Выбор критерия разрушения композита в диалоговом окне Define Property — LAMINATE SOLID Element Type

При моделировании 3D композитов указываются как сдвиговые (Shear), так и нормальные (Normal) допускаемые напряжения в связующем материале.

При моделировании трехмерного КМ определяется направление пакета (ply/stack) вместо направления материала. Например, если направление материала задано осью Х глобальной системы и пакет укладки ориентирован в направлении Z, то мы указываем направление пакета как XZ (13). В отличие от 2D, мы не можем использовать подход 1 (Modify, Update Elements, Material Orientation) для 3D laminate элементов. Мы можем создать несколько свойств (если необходимо) с разными направлениями пакетов для различных секций геометрии. Попробуйте исследовать другие системы координат для задания направления пакета.

Пример определения направления пакета в трехмерной композиционной конструкции

В этом примере показана композитная деталь с секциями, ориентированными в разных направлениях. Деталь моделируется с использованием 3D элементов. Здесь мы не можем использовать одно направление пакета для всех секций детали.

Пример определения направления пакета в трехмерной композиционной конструкции в Siemens Femap

В этом примере мы создадим три различных свойства, обозначенных различными цветами, как показано выше,чтобы определить направление пакетов отдельно для каждой из трех секций композитной детали. Следующие изображения покажут, как были определены направления пакетов для этих секций:

Направление материала вдоль оси Y, пакет расположен в плоскости нормальной к оси XНаправление материала вдоль оси Z, пакет расположен в плоскости нормальной к оси YНаправление материала вдоль оси Y, пакет расположен в плоскости нормальной оси Z
ПРИМЕР №1. СОЗДАНИЕ ДВУМЕРНОЙ МОДЕЛИ ИЗ КМ В FEMAP

Введение

В этом примере мы выполним анализ простого двумерного композита с отверстием под действием одноосного растяжения. Подобные композитные конструкции с отверстиями часто применяются в аэрокосмической промышленности. Материал, укладка слоев и их толщина, используемые в этом примере, не абстрактная, а реально используемая в отраслях промышленности. Рассмотрим два пакета с одинаковым количеством слоев и одинаковой ориентацией, но уложенных по-разному. Проанализируем различия в результатах, просто изменив порядок укладки. Работая с примером, изучим уникальное поведение композитов.

Создание свойств материала

Свойства материала, используемые для композита, соответствуют пластинке из однонаправленного углеродного волокна, пропитанной эпоксидной смолой. Соответственно, для этой задачи тип материал должен быть «2D Orthotropic». Свойства материала приведены в следующей таблице:

Свойства композитного материала

Поскольку в этой задаче модель композита двумерная, свойствами материала в направлении 3 можно пренебречь.

Задание свойств материала для двумерной модели композита в Siemens Femap

Задание пакета укладки

В этой модели мы проанализируем два вида пакета с разной укладкой слоев. Идея состоит в том, чтобы исследовать, как укладка слоев может повлиять на результаты анализа, даже если композит имеет одинаковое количество слоев, слои имеют одинаковые углы ориентации, но сложены в другой последовательности.

Пакет укладки 1: [45°/90°/45°/0°]s каждый слой толщиной 0.195 мм. Нижний индекс ‘s’ в определении укладки указывает на то, что пакет является симметричным ламинатом. Это означает, что конфигурация пакета следующая: [45°/90°/-45°/0°/0°/-45°/90°/45°].

Пакет укладки 2: [45°/90°/-45°/0°/45°/90°/-45°/0°]. Пакет 2 имеет 8 слоев так же как пакет 1, за исключением того, что конфигурация пакета больше не симметрична относительно срединной плоскости ламината. Редактор пакета с определением Пакета 1 показан ниже. Пакет 2 можно определить аналогичным образом, изменив углы ориентации:

Редактор пакета Layup Editor с определением Пакета 1

Определение свойства композита (PCOMP)

За свойства 2D композитов в Nastran отвечает функция PCOMP. Подробная информация о функция PCOMP доступна в руководстве пользователя Nastran (Nastran User Guide). Модель двумерного композита основана на классической теории композитов. Выберите тип «Laminate» по кнопке Element/Property Type. По умолчанию Femap назначает тип элемента «Plate» для 2D-моделей. Пакет (Layup), определенный на предыдущем шаге, можно назначить при задании свойства композита. Поскольку мы определили все 8 слоев в пакете укладки, в окне Свойств (Property) в списке Options оставлено по умолчанию «0. As Specified«. В качестве альтернативы, мы можем определить только 4 слоя в пакете и использовать опцию «1. Simmetric«. Однако этот параметр следует использовать с осторожностью, поскольку его нельзя использовать для несимметричного композита.

Задание направления материала

Для этой задачи мы будем использовать направление по глобальной оси X в качестве базового направления материала. Мы можем использовать одну из процедур, которые были описаны ранее.

Параметры анализа и пост-процесса

Для этой модели сила 10 кН приложена к узлам на одном конце, а узлы на другом конце закреплены, как показано ниже. Чтобы имитировать поведение нагрузки в эксперименте, нагрузка 10 кН прикладывается к независимому узлу Rigid-элемента и этот узел связан с узлами на правом конце панели (см. ниже). Когда нагрузка прикладывается к независимому узлу, его перемещение преобразуется в соответствующие перемещения зависимых узлов.

Определение граничных условий модели из композитного материала

Модель готова для анализа и для нее получено линейное статическое решение. Анализ модели выполнен для двух пакетов укладки и мы проанализируем напряжения, наблюдаемые в обоих этих случаях.

НАСТРОЙКА ДИСПЕТЧЕРА АНАЛИЗА (ANALYSIS SET MANAGER) ДЛЯ КОМПОЗИТОВ

  • Параметр SRCOMPS управляет вычислением и выводом коэффициентов прочности слоев. Если флаг включен, для элементов композита выводятся коэффициенты прочности слоев, если задан критерий разрушения.
  • Параметр NOFISR управляет вычислением и выводом индексов разрушения и коэффициентов прочности слоев. Если флаг включен, индексы разрушения и коэффициенты прочности слоев не выводятся в файл f06.
Настройки решателя в диспетчере анализа Analysis Set Manager для вывода индексов разрушения и коэффициентов запаса прочности композита в Siemens Femap

Обработка и вывод результатов

Вначале проанализировали модель с симметричной укладкой слоев ([45°/90°/45°/0°/0°/45°/90°/45°]). Общие перемещения этой модели показаны ниже. Деформации симметричны относительно оси X. При приложении одноосной растягивающей нагрузки деформации панели лежат в плоскости, как и ожидалось. Не наблюдается никаких деформаций из плоскости пластины. Затем была проанализирована модель с несимметричной укладкой слоев ([45°/90°/-45°/0°/45°/90°/-45°/0°]). Из линий уровней (показанных ниже) можно заметить, что деформации не симметричны относительно оси X. Кроме того, теперь мы можем видеть, что несимметричный слоистый материал привел к деформациям из плоскости пластины, хотя нагрузка была одноосной.

Результаты расчета модели симметричного композита — нет деформаций из плоскостиРезультаты расчета модели несимметричного композита — есть деформации из плоскости
Такое поведение присуще только композитным панелям армированным волокном, и часто не исследуется из-за проблем с их проектированием. Несимметричная укладка может привести к деформации ламината уже во время производственного процесса, при отверждении ламината при высоких температурах.

Таким образом, довольно сложно спроектировать несимметричный ламинат, соответствующий конкретному нагружению. Один из практических примеров использования несимметричного ламината — это композитные крылья обратной стреловидности самолетов Х-29 и Су-47.

Вывод главных напряжений в слоях композита в Siemens Femap

Линии уровней напряжений, показанные выше, соответствуют наибольшему главному напряжению (Major Principal Stress) в слое 4 (слой 0°). Аналогичным образом мы можем построить распределение напряжений в других слоях. В Femapимеется множество векторов вывода, и иногда бывает сложно найти тот же вектор вывода для другого слоя. В Siemens Femap есть несколько специальных инструментов, которые можно эффективно применять для панелей из КМ. Например, мы можем использовать инструмент «Laminate Prev Ply» для построения Major Principal Stress для слоя 3, при условии, что у нас есть отображение Major Principal Stress для слоя 4, не прилагая усилий для нахождения выходного вектора среди большого набора результатов. Это будет особенно полезно, если у вас есть большое количество слоев в ламинате. Ниже перечислены некоторые из инструментов, предназначенных для ламинатов. Доступ к этим инструментам осуществляется из меню Custom Tools, PostProcessing.

ПРИМЕР №2. СОЗДАНИЕ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ ИЗ КМ В FEMAP

Введение

В этом примере мы разработаем трехмерную модель для анализа простого композитной панели с отверстием, подвергнутого одноосному растяжению. Это дополнение к первому примеру для 3D композитной модели. Цель состоит в том, чтобы сравнить обе модели. Материал, укладка, толщина и подход, используемые в этом примере, такие же, как в примере 1. Основное различие между 3D моделью и 2D моделью заключается в том, что в первой модели, в отличие от второй, вычисляются и учитываются поперечные напряжения. Модели из 3D-ламината будут полезны, если вы моделируете композитную конструкцию со «открытыми» кромками, такими как отверстия, в которых могут иметь значение поперечные и сдвиговые напряжения.

СОЗДАНИЕ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА

Определение свойств материала трехмерной модели аналогично двумерной модели, за исключением того, что тип материала теперь 3D-ортотропный (3D Orthotropic). Соответственно, должны быть заданы свойства в трех направлениях. Все необходимые свойства определены в таблице 1.Задание слоев укладки. Задание конфигурации укладки аналогично двумерному. Однако свойство материала (трехмерное ортотропное), созданное на предыдущем шаге, должно использоваться вместо двумерных ортотропных свойств, как в примере 1.

Задание свойства ламината (PCOMPS)

Задание свойства композита в диалоговом окне Define Property — LAMINATE SOLID Element Type

За свойства трехмерных композитов в Nastran отвечает функция PCOMPS. Подробная информация о ней доступна в Руководстве пользователя Nastran (Nastran User Guide). Выберите в окне задания свойств по кнопке Element/Property Type «Solid Laminate». По умолчанию Femap назначает тип элемента Solid для 3D моделей. Задание укладки слоев, выполненное на предыдущем шаге, можно назначить в окне задания свойств. Интерфейс окна задания свойств 3D-композита немного отличается от 2D. Здесь должно быть назначено направление пакета «Ply / Stack Direction». Например, для трехмерной модели направление Ply /Stack (Слой/Пакет) задается как «XZ (13)». Здесь «X» соответствует направлению материала (как определено в 2D-случае), а ось «Z» — это нормаль к направлению укладки. В отличие от двумерных ламинатов, трехмерный композит не основан на классической теории ламинатов.

Определение углов материала

Единственное различие между заданием углов материала для 2D-случая и трехмерного случая состоит в том, что для 3D-модели требуется указать направление «Ply / Stack». Общая концепция остается той же.

Обработка и отображение результатов

На изображении ниже показана сетка конечных элементов трехмерной модели композита. В этом примере задан только один объемный (Solid) элемент по толщине пластины. Толщина элемента соответствует общей толщине пакета 1,56 мм.

Сетка конечных элементов трехмерной модели композита в Siemens Femap

Анализируется модель с симметричной конфигурацией пакета укладки. Полученные перемещения и напряжения показаны ниже. Результаты по перемещениям очень похожи на двумерный случай.

Расчетные перемещения в модели с симметричной конфигурацией пакета укладки композита

Ниже показано распределение максимальных главных напряжений в слое 4 (слой 0°):

Распределение максимальных главных напряжений в слоях симметричного композита
ПРИМЕР №3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СЭНДВИЧ КОМПОЗИТА (ТРЕХСЛОЙКИ)

Введение

В этом примере анализируется трехмерная композитная трехслойная модель нагруженная равномерным давлением. Сэндвич-композиты имеют центральный слой (Core) — заполнитель, например, сотовый, из пенопласта и т.п., расположенный между двумя несущими панелями (Facesheet). Как правило, несущие панели несут большую часть нагрузки в плоскости композита и воспринимают изгибные нагрузки, в то время как заполнитель воспринимает сдвиг. Сэндвич-композит можно легко смоделировать, используя двумерные укладки слоев композита, определив заполнитель как один из слоев в редакторе пакета укладки, как показано в конце этого примера. Эта процедура проста, однако межслоевые сдвиговые напряжения, действующие между слоев,становятся важными в сэндвич-композитах, а двумерные модели композита, основанные на классической теории композитов, не учитывают напряжения в плоскости.

Создание свойств материала

Создаем два материала для несущих панелей и для заполнителя. Композитные несущие панели моделируются трехмерным ортотропным материалом, его свойства показаны в таблице 1 (Пример 1). Заполнитель моделируется изотропным материалом с E = 4 ГПа и v = 0,25 [3].

Определение укладки пакета

Укладка пакета для несущих панелей такая же, как во втором примере. Однако следует отметить, что у насесть две несущих панели, поэтому мы должны создать два свойства трехмерного (Solid) ламината, одно для верхней панели и одно для нижней. Если две укладки пакета не создаются отдельно для каждой несущей панели, мы увидим в наборе результатов выходные векторы, соответствующие только 8 слоям укладки. Если создаются два пакета укладки, мы можем видеть выходные векторы для 16 слоев, 8 для нижней панели и 8 для верхней.

Определение свойств модели

Должны быть созданы три свойства: два свойства для несущих панелей и одно свойство для заполнителя. Каждое свойство должна быть назначено для соответствующей несущей панели. Назначение направление пакета для трехмерной модели композита аналогично предыдущему примеру.

Определение свойств несущей панели и заполнителя в Siemens Femap

Отображение результатов

Края сэндвич-панели были закреплены по всем направлениям, и к верхней поверхности было приложено давление 1 МПа:

Трехмерная модель сэндвич-композита в Siemens Femap

Контурные лини перемещения после приложения давления показаны ниже:

Контурные лини перемещения после приложения давления в трехмерной модели сэндвич-композита

Распределение межслоевых сдвиговых напряжений в заполнителе показано ниже. Можно скрыть элементы несущей панели при построении распределения напряжений сдвига в заполнителе:

Распределение межслоевых сдвиговых напряжений в заполнителе

Граница между заполнителем и несущими панелями является одним из критических участков с точки зрения расслоения сэндвич-композитов. Межслоевые сдвиговые напряжения выше на краях, и эти участки являются потенциальными для инициирования расслоения. Можно сравнить межслоевые сдвиговые напряжения с допускаемым сдвигом материала, связующего заполнитель с несущими панелями и проанализировать возможное расслоение.

Другие методы моделирования сэндвич-композита

В этом примере мы создали 3D-модель сэндвич-композита, в которой несущие панели (Facesheets) и заполнитель (Core) моделируются твердыми телами. Другими методами, с помощью которых можно решить эту задачу, являются:

  1. Двумерное моделирование сэндвич-композитов , в котором и несущие поверхности и заполнитель являются двумерными, и могут быть заданы в одном пакете укладки. Это удобный подход, однако, как обсуждалось ранее,двумерные многослойные модели основаны на классической теории композитов и не учитывают напряжения вне плоскости композита . Для оценки межслоевых напряжений используют другие методы.
  2. Смешивание двумерной модели композита и трехмерного заполнителя. В этом методе несущие панели могут быть смоделированы двумерными элементами «Laminate» , а заполнитель может быть смоделирован как твердое тело. Нужно быть осторожным при задании панелей в этой конфигурации. Обе несущие панели должны быть расположены со смещением равным половине толщины композитной панели от трехмерного заполнителя.
Моделирование сэндвич-панели с помощью смешивания двумерной модели композита и трехмерного заполнителя в Siemens Femap
  1. Использование классической теории пластин для моделирования сэндвич-композитов. Эта модель требует для реализации некоторого ручного вычисления, и поэтому сложна по сравнению с двумерной моделью композита. За свойства такой модели в Nastran отвечает функция PSHELL. В описанном выше методе 1, Nastran преобразует свойство PCOMP в эквивалентное свойство PSHELL. Таким образом, методы 1 и 2 должны давать схожие результаты, если все свойства точно определены. Чтобы избежать путаницы, метод 1 предпочтительнее метода 2, поскольку оба они одинаковы в том, как Nastran интерпретирует свойства. Кроме того, Femap имеет средства для задания сэндвич-композита с использованием метода PSHELL. Можно делать ручные вычисления и сравнивать их значения с вычисленным значением Femap, как показано ниже. Это средство для сэндвич-композитов доступно с помощью Custom tools, HoneycombPSHELL, Honeycomb PSHELL Property:
Использование классической теории пластин для моделирования сэндвич-композитов в Siemens Femap
ТЕОРИИ РАЗРУШЕНИЯ КОМПОЗИТОВ В FEMAP

Введение

Поведение композитов является сложным из-за разнородности свойств, по сравнению с изотропными материалами. Понимание поведения композитов в условиях механической нагрузки, температуры и других факторов окружающей среды представляет собой серьезную проблему. Влияние условий эксплуатации на композитные конструкции может варьироваться от незначительной потери жесткости на микроуровне до катастрофического разрушения всей конструкции. Микроструктура композита развивается разными путями, прежде чем выявляется заметная деградация свойств. Типичные формы микромеханических сбоев включают разрушение волокна, растрескивание матрицы, разрыхление волокон /матрицы и т.д. Такие факторы, как микроразрушения (обычно в матрице), неизбежны и могут быть присущи изготовленной композитной детали. Микроразрушения могут быть результатом обработки композитов при высоких температурах (циклотверждения) из-за различий коэффициентов теплового расширения между компонентами (волокном, матрицей). Другие формы разрушения свойств композитного материала могут быть результатом гидротермальной нагрузки и окисления.

В этом разделе мы рассмотрим разрушение на уровне слоев, а не микромеханическое разрушение. Было разработано несколько теорий разрушения композитов. Теории разрушения, которые доступны в Femap, рассмотрим ниже. Некоторые из этих моделей разрушения (теория максимального напряжения, теория предельной деформации) основаны на чистом сравнении наблюдаемых напряжений/деформаций в композите с их соответствующими допускаемыми значениями. Другие модели, такие как теория Хилла, теория Цая-Ву и теория Хоффмана, рассматривают взаимодействие продольных/поперечных (трансверсальных) напряжений/деформаций для прогнозирования разрушения. Хотя теории разрушения могут быть удобными для проверки критериев разрушения и принятия решения о разрушении композита,важно понять распределение напряжений в модели, распределение межслоевых напряжений и их влияние на расслаивание, матрицы ABD (матрицы, связывающей деформации в плоскости композита с изгибными деформациями) и т.д.

Теория Хилла (HILL’S)

Теория разрушения Хилла применима к ортотропным материалам, которые имеют одинаковую прочность при растяжении и сжатии, т.е. xt = xc и yt = y. Критерий разрушения (FI — Failure Index) вычисляется по формуле:

Теория Хилла (HILL’S)

X – допускаемое напряжение по направлению 1

Y – допускаемое напряжение по направлению 2

S – допускаемое напряжение среза

Xt – допускаемое напряжение растяжения по направлению 1

Xc – допускаемое напряжение сжатия по направлению 1

Yt – допускаемое напряжение растяжения по направлению 2

Yc – допускаемое напряжение сжатия по направлению 2

X = Xt если s1 > 0 или X = Xc если s1 <0 и Y = Yt если s2 > 0 или Y = Yc если s2 <0. Для члена s1s2/X2, X = Xt если s1s2 >0 или X = Xc если s1s2 < 0.

Коэффициент прочности (SR) вычисляется как:

Теория Хоффмана (HOFFMAN’S)

В теории Хоффмана для ортотропной пластинки в обобщенном плоском напряженном состоянии с различной прочностью при сжатии и растяжении поверхность разрушения записывается так:

Теория Хоффмана (HOFFMAN’S)

Критерий разрушения получается оценкой левой части приведенного выше уравнения.

Теория Цая-Ву (TSAI-WU)

Теория прочности для анизотропных материалов, предложенная Цаем и Ву, приведенная к случаю ортотропной пластинки в общем плоско-напряженном состоянии с различной прочностью на сжатие и растяжение:

Теория Цая-Ву (TSAI-WU)
  • Критерий разрушения получается оценкой левой части приведенного выше уравнения.
  • F12 (коэффициент взаимодействия Цая-Ву) должен быть определен экспериментально. В Siemens Femap по умолчанию он устанавливается равным нулю.

Теория максимальных деформаций

  • Критерий максимальной деформации не имеет коэффициентов взаимодействия, он вычисляется как:
Критерий максимальной деформации композита
  • X, Y, и S – это допускаемые деформации в продольном, поперечном направлении и сдвига, соответственно.
  • Критерий разрушения для теории максимальных напряжения (доступный при моделировании трехмерного композита) можно вывести аналогично теории максимальной деформации.

Теория начала разрушения

Onset failure theory — Теория начала разрушения, или Strain Invariant Failure Theory (SIFT) — Теория разрушения на основе инвариантных деформаций, широко используется в аэрокосмической промышленности. Краткий обзор этого критерия разрушения приводится в конце статьи.

ПРИМЕР №4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ КОМПОЗИТОВ ПРИ РАЗРУШЕНИИ

В этом примере будем использовать двумерную модель из КМ примера 1. Все процедуры моделирования, которые мы выполнили для нее, будут дополнены заданием предельных напряжений для пластинки и критериев разрушения. Цель состоит в том, чтобы изучить разрушение в многослойных композитах, а также исследовать выходные векторы, которые могут быть удобны при визуализации разрушения на уровне слоя и на уровне всего пакета.

Создание свойства материала

Укажите коэффициент взаимодействия Цая-Ву,если Вы используете критерий разрушения Цая-Ву:

Создание свойства материала при моделировании поведения многослойных композитов при разрушении

Задание свойств композита

Укладка пакета композита такая же, как в примере 1. Свойства определяется аналогичным образом. Кроме этого, мы выбираем теорию разрушения для расчета критериев разрушения на уровне слоя и для всего пакета. В этом примере мы будем использовать критерий разрушения Хоффмана. Допускаемое значение сдвига в связующем (ВondShr Allow) задается для прогнозирования разрушения связи между слоями. Если вас не интересует межслоевое разрушение, значение этого коэффициента можно оставить по умолчанию равным 0.

Задание свойств композита с выбором критерия разрушения Хоффмана для расчета критериев разрушения на уровне слоя и для всего пакета

Задание направления материала следует выполнить так же как в примере 1.

Результаты

В этом примере нас в основном интересует изучение критериев разрушения и оценка пакета и отдельных слоев композита. К пластине прикладывается одноосная растягивающая нагрузка 50 кН. На рисунке ниже показаны контурные линии для критерия разрушения ламината, к которому можно получить доступ из выходного вектора –“6060 …Laminate Max Failure Index”. Этот выходной вектор содержит общий критерий разрушения ламината. Значения уровня больше или равного 1.0 означает разрушение. Основываясь на этой информации, можно предположить, что есть один или несколько слоев, в которых происходит разрушение.

Контурные линии для критерия разрушения композита. Значения уровня больше или равного 1.0 означает разрушение.

Затем мы можем проверить выходной вектор критерия разрушения по принципу «слой за слоем», чтобы найти слой, в котором происходит разрушение. Мы можем отобразить выходной вектор «Lam Ply Fib Fail Index» для конкретного слоя, а затем использовать опцию инструмента Custom Tools, PostProcessing, «Laminate Next Ply» или «Laminate Prev Ply» и проверить критерии разрушения. В меню Custom Tools, PostProcessing, у Femap есть макрос API для формирования вектора «Laminate EnvelopeFailure Indices» (Огибающие критериев разрушения ламината). В настоящее время эта функция API генерирует тот же выходной вектор, что и «6060 .. Laminate Max Failure Index». Однако, этот API может быть изменен пользователем для получения огибающей других выходных векторов, например, критериев разрушения связующего.

Если вы хотите вместо этого использовать ручной выбор выходных векторов для получения вектора огибающей, Вы можете использовать команду Model, Output, Process:

Использование ручного выбора выходных векторов для получения вектора огибающей в Siemens Femap

Ниже приведен пример получения огибающей наибольших главных напряжений всех слоев. Эту процедуру можно использовать для получения огибающей любого выходного вектора. Если в результате анализа получается только один выходной набор, мы можем получать огибающую выходных векторов из этого выходного набора. Однако, если у нас есть несколько выходных наборов, нам нужно выбрать один или несколько выходных наборов, для выходных векторов которых мы хотели бы получить огибающую.

Пример получения огибающей наибольших главных напряжений всех слоев в Siemens Femap

Это создаст новые выходные векторы, как показано ниже:

Огибающая наибольших главных напряжений всех слоев в Siemens Femap для поиска элемента с максимальным наибольшим главным напряжением

Попутно создаются другие выходные векторы, которые позволяют найти информацию о расположении (слоя и элемента), в котором действует максимальное наибольшее главное напряжение. Например, из приведенного выше рисунка мы можем видеть расположение элемента с максимальным наибольшим главным напряжением. Однако мы не знаем соответствующий слой, в котором действует это максимальное значение. Во вновь созданном выходном векторе «Location Envelope Info» будет эта информация. В окне команды View Options можно изменить значение опции Сontour/Сriteria Style, чтобы отображать только максимальное значение, минимальное значение или оба. Поскольку нас интересует только максимальное значение, нажмем горячую клавишу F6 (View Options), Postprocessing, Contour/CriteriaStyle, Max Only. Из заливки ниже видно, что максимальное значение наибольшего главного напряжения наблюдается в слое 4.

Максимальное значение наибольшего главного напряжения наблюдается в слое 4

Дополнительные источники:

  • Chapter 24: Laminates, NX Nastran User’s Guide2.
  • «PCOMP and PCOMPS» in NX Nastran Quick Reference Guide3.
  • Chapter 6: Element Reference – «Laminate Element and Solid Laminate Element» Femap User Guide.
  • I. M. Daniel and O. Ishai, “Engineering Mechanics of Composite Materials, 2nd Edition», 2005.5.
  • R. M. Jones, “Mechanics of Composite Materials, 2nd Edition», 1998.6.
  • B. D. Agarwal, L. J. Broutman, and K. Chandrashekhara, “Analysis andPerformance of Fiber Composites, 3rd Edition», 2006.

Технология производства изделий из полимерных композитов, ГБПОУ «26 КАДР», Москва

Поступай в Колледж Дизайна, Архитектуры и Реинжиниринга №26 –

построй будущее своими руками!

Профессия технолога по производству изделий из полимерных композитов является одной из важнейших в отрасли химико-технологической промышленности. Выпускник должен быть готов к профессиональной деятельности по созданию технологической оснастки для производства изделий из полимерных композитов различного функционального назначения в системе автоматизированного проектирования, в том числе для производства оснастки на станках с числовым программным управлением.

Отделение: «Ресурсосберегающие и химические технологии»

Основа обучения: бюджет, платно

Очная форма обучения: на базе 9 класса со сроком обучения 3 года 10 месяцев

Документ об образовании:
По окончании обучения выпускникам выдается диплом государственного образца с присвоением квалификации «Техник-технолог».

Как поступить?
Зачисление на бюджетное отделение Колледжа Архитектуры, Дизайна и Реинжиниринга №26 проходит на основе конкурса аттестатов. Не прошел отбор? Не беда. Ждем тебя на платном отделении!

Обратись к специалисту приемной комиссии — получи ответы на все вопросы!
Контакты приемной комиссии: Тел.: +7 (499) 653-70-77

Обучение проходит по адресу: м. Авиамоторная, шоссе Энтузиастов, д. 19, стр. 2

Отправь заявку на обучение на сайте www.priem.26kadr.ru или заполни форму ниже.

Преимущества программы обучения:

  • профессия входит в Топ-50 самых востребованных новых и перспективных профессий, требующих среднего профессионального образования (по версии Министерства труда и социальной защиты РФ), относится к числу futureskills (профессии будущего).
  • с целью повышения конкурентоспособности выпускников на рынке труда, к разработке учебных и методических материалов образовательных программ привлекаются специалисты ведущих компаний: Государственного научно-исследовательского института химии и технологии элементоорганических соединений, ЗАО НПО «Пим-Инвест», Института химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, АО «Мосводоканал» и других
  • студенты принимают участие в лучших образовательных и научных мероприятиях отрасли.

О программе

Данная специальность включает в себя три блока компетенций, которыми овладеют студенты по завершению обучения: химическая технология композиционных материалов, системы автоматизированного проектирования и работа на станках ЧПУ. Продукты из полимерных композитов используют в авиации, космостроении, строительстве, радиоэлектронике, изготовлении спортинвентаря и других отраслях промышленности.

В результате освоения программы ты научишься:

  • подготавливать чертежи, спецификации, модели для производства изделия из полимерных композитовпроектировать технологическую оснастку для производства изделий из полимерных композитов различного функционального назначения в подсистемах САПР, в том числе для производства оснастки на станках с числовым программным управлением
  • контролировать технологические параметры, в том числе с помощью программно-аппаратных комплексов
  • рассчитывать расход сырья, материалов, энергоресурсов, выхода готовой продукции и количества отходов
  • эксплуатировать и обеспечивать бесперебойную работу технологического оборудования
  • снимать показания с приборов
  • регистрировать необходимые характеристики и параметры оборудования в процессе производства
  • осуществлять проверку оборудования на наличие дефектов и неисправностей и многому другому!

Лаборатории: неорганической и органической химии, процессов и аппаратов, аналитической химии, физической и коллоидной химии, технологии органических веществ и органического синтеза, автоматизации технологических процессов.

Практика

Практика студентов проводится в социальных партнерах колледжа. Начиная с первого курса, студенты колледжа Архитектуры, Дизайна и Реинжиниринга составляют портфолио своих работ.

Уровень подготовки наших выпускников позволяет решать любые проблемы, связанные с работой предприятий в нефтеперерабатывающей и химической отраслях. Наши партнеры — это крупнейшие компании Российской Федерации, предоставляющие высокооплачиваемую работу выпускникам нашего колледжа. Мы сотрудничаем c ОАО «Газпромнефть МНПЗ», ОАО «НК «Роснефть».

Профессиональные перспективы

Пройди обучение по специализации «Технология производства органических веществ» в Колледже Архитектуры, Дизайна и Реинжиниринга № 26, и ты получишь качественное образование, содействие в трудоустройстве, профессию и соответствующую квалификацию уже в 18 лет. Приобретай опыт и становись незаменимым профессионалом на рынке труда.

Выпускники данного направления могут занимать следующие должности: лаборант химического анализа, контролер качества продукции и технологического процесса, лаборант по физико-механическим испытаниям, наладчик литейных машин, прессовщик изделий из пластмасс, оператор-литейщик на автоматах и автоматических линиях.

Также рекомендуем следующие специальности и профессии в колледже:

18.01.02 Лаборант-эколог с присвоением квалификации лаборант химического анализа

18.02.06 Химическая технология органических веществ с присвоением квалификации техник-технолог

08.02.04 Водоснабжение и водоотведение с присвоением квалификации техник

Льготы и социальная ответственность

Социальный пакет для студентов колледжа:

  • Льготный проезд в городском пассажирском транспорте

  • Бесплатное посещение театров, зоопарка, музеев, выставочных залов, парков культуры и отдыха, находящихся в ведении Правительства Москвы

  • Бесплатное горячее питание (для студентов бюджетной основы обучения)

  • Бесплатные учебники

  • Бесплатное посещение кружков, спортивных секций и творческих объединений колледжа

  • Академическая стипендия


Социальный пакет для детей-сирот:

  • Полное государственное обеспечение в период обучения в колледже

  • Социальная стипендия, увеличенная на 50% от размера академической стипендии;

  • академическая стипендия;

  • ежегодное пособие на приобретение учебной литературы и письменных принадлежностей в размере трехмесячной академической стипендии;

  • бесплатное получение первого, второго начального профессионального образования и среднего специального образования в колледже

  • бесплатный проезд в городском пассажирском транспорте и железнодорожном пригородном транспорте;

  • единовременное денежное пособие;

  • выплата средств на выпуск при трудоустройстве;

  • выплата средств на выпуск при поступлении на дальнейшее обучение ;

  • текущее обеспечение питанием, одеждой, обувью, мягким инвентарем, предметами хозяйственного обихода, личной гигиены, медицинскими препаратами, средствами на культурно-массовую работу и личные нужды;


Социальный пакет для студентов из малообеспеченных семей:

  • Льготный проезд в городском пассажирском транспорте

  • Бесплатное посещение театров, зоопарка, музеев, выставочных залов, парков культуры и отдыха, находящихся в ведении Правительства Москвы

  • Бесплатное горячее питание

  • Бесплатные учебники

  • Бесплатное посещение кружков, спортивных секций и творческих объединений колледжа

  • Социальная стипендия, увеличенная на 50% от размера академической стипендии

  • Академическая стипендия


Социальный пакет для студентов, имеющих инвалидность:

  • Бесплатный проезд в городском пассажирском транспорте

  • Бесплатное посещение театров, зоопарка, музеев, выставочных залов, парков культуры и отдыха, находящихся в ведении Правительства Москвы

  • Бесплатное горячее питание

  • Бесплатные учебники

  • Бесплатное посещение кружков, спортивных секций и творческих объединений колледжа

  • Социальная стипендия, увеличенная на 50% от размера академической стипендии

  • Академическая стипендия

Отправь заявку на обучение уже сегодня!

Статья композиты соединяют науку и религию от ИТЕКМА itecma.ru

Данная статья опубликована во 2м номере научно-популярного журнала «Compositebook» за 2019 год и также сообщив, что перепечатка, все виды копирования и воспроизведения материалов, публикуемых в журнале, осуществляется только с письменного разрешения редакции (Объединение юридических лиц «Союз производителей композитов»).
http://www.uncm.ru/market-development/media-industry/zhurnal-compositebook/

Из Древнего Египта в современные самолёты и аэропорты

Ряд источников считает началом зарождения композитов в строительстве период как минимум ранее 1000 г. до н.э. на территории Древнего Египта, где первыми строителями-композитчиками были народы семитского происхождения, использовавшие рубленую солому для армирования глиняных кирпичей, в нашу эпоху рост интереса к использованию композиционных материалов в строительстве, а также развитие технологий в этой сфере пришлись на вторую половину 60-х годов XX века, а первые конструкции куполов и крыш на основе композиционных материалов появились уже в начале 70-х годов.

Одними из первых широко известных примеров являются купол спортивной арены «Suliman Ad-Dharrath» в ливийском городе Бентази (1970 т.) и крыша в международном аэропорту Дубая (1972 г.), композитные панели для которой были изготовлены в Великобритании.

Использование стеклокомпозита в строительных конструкциях получило развитие в Великобритании и США в 70-80-х годах. В это время композиционные материалы на основе армирующих наполнителей из стеклянных волокон применяли в качестве частично несущих конструкций сборных панелей при строительстве цветочного рынка «Ковент-Гарден», здания American Express в Брайтоне и др.

Ограждающие конструкции здания телефонного узла «Mondial House», расположенного в центре Лондона на берегу Темзы, облицованы панелями из стеклокомпозита.

В 1985 году при строительстве уже использовались двухслойные «скелетные» структуры, изготовленные из пултрузионных трубок.

Основным преимуществом использования композита тогда было не столько уменьшение массы конструкции, сколько возможность использования необычных архитектурных решений. Можно сказать, это была первая волна использования современных композитов в строительстве, которое не привело к взрывному росту и сдвигу строительной парадигмы, в том числе из-за недостаточной зрелости материала и завышенных ожиданий.

Спорт высоких достижений

в начале 21 века композиты вновь стали модным направлением в связи с некоторым удешевлением и всё более широким использованием углекомпози-тов в таких «престижных» отраслях, как спортивная индустрия (спортивные автомобили и спортинвентарь) и авиастроение. На слуху спортинвентарь, изготовленный из углекомпозитов; спортивные и гоночные автомобили с углекомпозитными конструкциями и деталями; маркетинг изделий, основанный на конкретных марках углеродного волокна, создаёт широкую известность углеком-позитам. Например, именно в начале 2000-х годов производители велосипедов наиболее известных брендов, участвующих в многодневных шоссейных велогонках «Tour de France» и «Jiro d’Italia», стали подчёркивать использование углеродного волокна Тогау марок Т700 и Т800.

Строительная индустрия с 1980-х лишь плавно продвигается вперёд в использовании композитов, что продиктовано двумя основными факторами: отсутствием радикального падения цен на волокно и связующее, а также недостаточной стойкостью полимерных связующих к высоким температурам при пожаре, что не позволяет в полной мере использовать композиты в несущих конструкциях зданий.

Однако в последнее время можно встретить целый ряд крупных и интересных примеров использования композиционных материалов в строительстве крыш и куполов. Так, например, Apple Computer совсем недавно установила массивную крышу из углеродного волокна на здании Apple Theatre в своей новой штаб-квартире в Купертино, США.

На стеклянных стенах была смонтирована 80-тонная крыша с 44 панелями из углеродного волокна. Каждая панель имеет длину 21,3 м и ширину 3,6 м в самом широком месте. Изготовителем панелей стала компания Premier Composite Technologies (Дубай, ОАЭ), которая имеет большой опыт создания крупных композитных архитектурных сооружений. Крыша Apple Theatre является самой большой отдельно стоящей структурой из углеродного волокна в своём роде в мире. Использование композита позволило обойтись без дополнительных поддерживающих элементов и достичь потрясающего визуального эффекта здания со стенами, состоящими исключительно из стеклянных панелей.

Ещё одним масштабным примером является Emirates Palace (Абу-Даби, ОАЭ).

Этот огромный комплекс имеет площадь более 14 000 кв.м. включает в себя 114 куполов, построенных с использованием композиционных материалов. Самый большой купол комплекса имеет ширину 42 метра, остальные купола — диаметром от 3 до 17 метров. Купола представляют собой структуры из композитных сэндвич-панелей из стекловолокна и эпоксидной смолы с термопластичным сотовым заполнителем. За исключением главного, все купола и сводчатые крыши являются самодостаточными: без поддерживающей стальной конструкции. Купола устанавливаются на стальные или железобетонные кольцевые балки с опорными плитами и кронштейнами.

Ещё один пример: 8-метровый композитный купол в Мары (Туркменистан) используется для выдвижения телескопа. Купол состоит из шести композитных панелей, которые открываются последовательно с помощью гидравлической системы. Панели представляют собой сэндвич-конструкцию, внутренний слой которой выполнен из термопластичного материала, а наружные слои изготовлены из стеклокомпозита на основе эпоксидной смолы. Использование композиционного материала позволило в данном случае сэкономить 10-15% от веса эквивалентного купола, построенного из металла, и существенно сэкономить на мощности гидравлики.

Купола и крыши на основе композиционных материалов прочнее традиционных и обеспечивают экономию веса до 85%. Подъём и установка композитных куполов намного проще стандартных, а удобство и возможность ремонта — намного выше. Кроме того, конструкции из композитов не подвержены коррозии и более устойчивы к окружающей среде.

Русский православный культурно-духовный центр в Париже

Русский православный культурно-духовный центр, который открылся в октябре 2016 года в Париже, получился, наверное, одним из самых современных. Ансамбль в стиле минимализма был построен по проекту архитектора Жана-Мишеля Вильмотта (Jean-Michel Wilmotte). Фасад здания отделан натуральным бургундским известняком, который также использовался для отделки Лувра и собора Нотр-Дам, а для сочетания с матовой поверхностью известняка и ребристой структурой фасада купола сделаны также матовыми. Уникальной технологической частью проекта было решение изготовить купола из стеклокомпозита, благодаря чему общая нагрузка на конструкцию была снижена, а купола были установлены буквально в течение нескольких часов. Ещё одно достоинство куполов из композита состояло в том, что изготовление и отделка производились в контролируемых условиях: погода не влияла на процесс изготовления и монтажа куполов. При производстве была использована оснастка на основе мультиаксиальных тканей из стекловолокна и эпоксидного инфузионного связующего. Купольные панели были изготовлены на французском заводе Мультипласт (Multiplast) также методом вакуумной инфузии с применением эпоксидного связующего и специально оптимизированной выкладки армирующих наполнителей из мультиаксиальной и обыкновенной 20-ткани для снижения вероятности непропитки и получения высококачественной поверхности общей площадью 640 кв.м., на отделку которой пошло 86 000 листов сусального золота.

Российские авиаторы строят часовню

в России полным ходом идёт процесс обновления конструкций самолётов с курсом на максимальное использование композиционных материалов. Новость о создании купола в Париже из композита вдохновила конструкторов и технологов ПАО «Воронежское акционерное самолетостроительное общество» (ПАО «ВАСО») и заинтересовала не меньше, чем создание композитных авиационных агрегатов.

На территории ПАО «ВАСО» планировалось построить мемориальную часовню в честь иконы Пресвятой Богородицы «Благодатное небо». По начальному проекту купол диаметром 4,6 м и высотой 3,1 м предполагалось возвести по традиционной технологии: сделать каркас купола из металла, а облицовку— из листов нержавеющей стали с покрытием. У технологов ПАО «ВАСО», совместно с давними партнёрами — компанией АО «ИНУМиТ» — родилось другое конструкционное решение: изготовить купол из композиционных материалов, поскольку это позволило бы уменьшить затраты на строительство и снизить нагрузку на основание за счёт снижения массы купола. АО «ИНУМиТ» не только поставил связующее для изготовления купола, но и активно участвовал в проектировании конструкции купола и оснастки.

При разработке конструкции инженеры столкнулись с некоторыми сложностями. Так, например, было решено, что купол с внешней стороны должен быть не гладким, а имитировать черепицу. Это оказалось достаточно сложно реализовать, поскольку размер «черепицы» не только увеличивается при переходе от вершины купола к его основанию, но и изменяется по спирали. Поэтому было необходимо разбить купол на несколько составных частей и спроектировать их так, чтобы не только воспроизвести рисунок, но и соединить части «черепицы» С каждой секции оснастки без перекосов и потери целостности рисунка. Для этого была изготовлена оснастка из МДФ с двумя накладными металлическими элементами для формирования фланцевого стыка.

При проектировании оснастки пришлось учитывать то, что она должна выдержать не менее 8 съёмов — по числу «лепестков» купола, при этом не было необходимости в изготовлении и мастер-модели и оснастки. Это накладывало дополнительные ограничения при проектировании, поскольку для необходимой устойчивости оснастки в ней не должно было присутствовать мелких деталей. Каждая из 8 секций купола имела по 2 фланца. Для крепления фланцевых соединений использовались стандартные крепёжные элементы, а стыки между секциями шлифовали, шпаклевали и закрашивали.

Для изготовления композитного купола в качестве армирующего наполнителя использовалась четырёхслойная мультиаксиальная стеклоткань, в качестве матрицы — связующее «ИТЕКМА» ТК123. Конструкционное решение подразумевало наличие рифтов с наполнителем из пеностекла. Секции для купола изготавливались методом вакуумной инфузии с дальнейшим отверждением в печи при температуре 60 °С.

После сборки, обработки швов и покраски купол разместили на треугольный каркас из облегчённого металлического профиля и возвели на основание. Стеклокомпозит хорошо подвергается окрашиванию, и конечная поверхность неотличима от металлической. Суммарный вес изготовленного купола составил менее одной тонны, при этом вес аналогичного купола из металла, который планировалось изготовить по первоначальному проекту, составил бы порядка 3 тонн.

Опыт изготовления композитного купола показал, что использование композиционных материалов в строительстве несёт большие преимущества: удешевление и увеличение скорости строительства, простота изготовления и монтажа, устойчивость к воздействию внешней среды. Главным преимуществом, по сравнению с классическими решениями, является возможность изготовления совершенно новых дизайнерских конструкций, которые при изготовлении из металла и бетона окажутся слишком тяжёлыми и доротими. Для классических конструкций просто заменой материала на композит можно достигнуть снижения веса более чем на 50%, а время на изготовление может уменьшиться в несколько раз. Композит отлично подвертается покраске и по видовым характеристикам ничем не уступает конструкциям из металла. Новейшие разработки ООО «ИТЕКМА», в том числе ориентированные на строительную специфику, помогли создать высококачественную и удобную в обслуживании конструкцию.

Характерные особенности композитных материалов


Композитные материалы и новые технологии

На сегодняшний день большинство натуральных и искусственных материалов не удовлетворяют требованиям, которые предъявляются к промышленности и другим сферам деятельности. Благодаря использованию различных видов композитных материалов с выдающимися свойствами в большинстве случаев можно оперативно решать возникающие проблемы.

Характеристика композитных материалов и их преимущества

Производство композитных материалов осуществляется при помощи соединения компонентов с уже изученными свойствами. Композитная арматура в своей основе содержит пластичные наполнители — так называемые «матрицы», и связующие вещества, которые обладают необходимой прочностью и жесткостью. Самыми распространенными композитными материалами являются:

— стеклопластик;

— базальтопластик;

— углепластик.

В отличие от металлов, композиты обладают более высоким прочностными и другими физико-механическими характеристиками при меньшей массе. Композитная арматура также имеет повышенную химическую устойчивость к агрессивным средам, погодным факторам и перепадам температур.

Для изделий из композита характерен повышенный срок эксплуатации по сравнению с аналогичной продукцией, изготовленной из металла, пластика или дерева. Такие материалы экологически безопасны и не выделяют вредных веществ. Композитные изделия обладают пониженной теплопроводностью, что позволяет обеспечивать снижение энергозатрат за весь период их эксплуатации.

Область применения

На основе композитов можно создавать изделия и конструкции, имеющие любые формы и размеры и обладающие особыми эксплуатационными свойствами. Это позволяет открывать широкие возможности для их использования. Современные материалы из композита применяются в строительстве, энергетике, транспортном машиностроении, судостроении, в авиакосмической и многих других отраслях. Потребление композитных материалов в мире составляет:

— в Азии — 42% мирового производства;

— в США — 35%;

— в Европе – 23%.

На российском рынке доля композитов составляет не более 1%, однако этот показатель быстро растет. Многие российские представители приняли участие в парижской выставке JEC 2012, посвященной самым современным композитным материалам. Их применение позволит российскому рынку повысить свою конкурентоспособность.


Расширенные объяснения композитов | Обзор полимерных композитов

Если вам нужен легкий, прочный, экономичный и настраиваемый материал, вам могут подойти композиты. Композиты используются во многих различных отраслях промышленности, от автомобильной до аэрокосмической и от инфраструктуры до отдыха. Поскольку композиты сочетают в себе смолы с различными типами армирования волокнами и могут быть изготовлены с использованием различных процессов, возможности практически безграничны.

Таким образом, полезно изучить различные типы и области применения передовых композитов.Это исчерпывающее руководство охватывает все, от основ композитов до свойств, преимуществ и распространенных областей применения.

Advanced Composite Basics
Что такое композит?
Как изготавливаются современные композиты?
Что такое «волокнистый композит»?
Как изготавливаются углеродные и волокнистые композиты?

Свойства и применение
Каковы преимущества передовых композитов?
Когда используются передовые композиты?
Каковы некоторые общие области применения полимерных композитов?

Более глубокое погружение в передовые композиты
Есть ли разница между полимерными композитами, термореактивными композитами и термопластическими композитами?
Какую роль играет пултрузия в создании передовых композитов?
Что такое композитные панели?

 

Продвинутые основы композитных материалов
Что такое композит?

На самом базовом уровне композит представляет собой комбинацию двух или более различных материалов.Полученный продукт обычно имеет свойства, существенно отличающиеся от свойств отдельных компонентов. Композиты могут быть разных форм, включая панели, ламинаты, ленты или нестандартные формы и размеры.

 
Как изготавливаются современные композиты?

Усовершенствованные композиты или полимерные композиты изготавливаются путем объединения арматуры (например, стекловолокна, углеродного волокна или арамидного волокна) со смолой, которая является другим названием полимера. Благодаря этой комбинации вы получаете лучшее из обоих миров: прочность волокна и уникальные преимущества полимера, такие как огнестойкость или химическая стойкость.Когда дело доходит до производства композитов, существуют сотни способов изготовления полимерных композитов в зависимости от свойств, формы и объема, необходимых для конкретного применения. Некоторыми распространенными вариантами производства являются пултрузия, впрыскивание смолы, литье смолы (RTM) и намотка нити. Стекловолокно является одним из наиболее распространенных полимерных композитных армирующих материалов, а углеродное волокно является одним из самых прочных.

 
Что такое «волокнистый композит»?

Волокнистые композиты, более известные как композиты из армированного волокном полимера (FRP), представляют собой полимерные материалы, армированные волокном.Вы также можете услышать, что эти композиты называют «пластиковыми композитами» или «пластиком, армированным волокном». Волокно включено в полимер для придания жесткости и прочности конечному материалу.

При исследовании композитов вы можете увидеть, что они описаны как композиты, армированные непрерывным волокном. Композит, армированный непрерывным волокном, представляет собой тип FRP, в котором однонаправленные волокна непрерывно проходят через конечный продукт в одном направлении. Это создает другие свойства, чем если бы волокно было разделено на более мелкие кусочки и распределено по смоле в разных направлениях.В целом волокна могут быть непрерывными, длинными или короткими по длине.

 
Как изготавливаются композиты из углеродного волокна и стекловолокна?

Как и в большинстве случаев производства композитов, существуют сотни различных способов изготовления композитов из углеродного волокна или стекловолокна. В самом общем смысле волокно соединяется со смолой. Это можно сделать тремя распространенными способами: 1) путем создания тканой структуры, 2) путем помещения волокнистой ткани в форму, в которую вводится смола, или 3) путем пултрузии, когда волокна протягиваются через смолу, а затем формуют и отверждают в нагретой матрице.Углеродное волокно известно своей прочностью, ударной вязкостью, гашением вибрации и электропроводностью, в то время как стекловолокно обладает превосходными механическими и изоляционными свойствами.

Наверх

 

Свойства и применение
Каковы преимущества передовых композитов?

Усовершенствованные композиты или полимерные композиты ценятся за их исключительное соотношение прочности и веса, высокую жесткость, долговечность и устойчивость к коррозии, химическим веществам и воздействию окружающей среды.Они могут быть изготовлены специально для обеспечения прочности и жесткости в определенных направлениях или определенных областях в зависимости от варианта использования. Благодаря почти безграничным возможностям и универсальности инженеры-материаловеды и дизайнеры имеют свободу и творческий подход для создания новых комбинаций материалов для уникальных применений.

 
Когда используются современные композиты?

Передовые композитные материалы часто используются для замены металла, дерева или других традиционных материалов.Полимерный композит придает изделию прочность и жесткость, добавляя при этом такие преимущества, как устойчивость к влаге и коррозии. Использование композита снижает вес детали, что повышает эффективность использования топлива и упрощает транспортировку, обработку и установку конечного продукта.

В частности, композиты FRP могут быть равны или превосходить по прочности сталь, алюминий и другие традиционные материалы. Если вы ищете какое-либо из следующих свойств для своего приложения, стоит изучить композит FRP.

  • Уменьшенный вес — композиты до 75 % легче стали и до 25 % легче алюминия.
  • Долговечность — Композитные конструкции имеют очень долгий срок службы, устойчивы к усталости и выдерживают многие погодные условия.
  • Гибкость дизайна — Композитным материалам можно придавать сложные формы и текстуры при относительно низких затратах.
  • Меньше обслуживания — Композиты считаются материалами, не требующими особого ухода, поскольку они не ржавеют и не подвергаются коррозии, а также устойчивы к высоким температурам.
 
Каковы некоторые общие области применения полимерных композитов?

Из-за своей широкой универсальности полимерные композиты уже используются в различных отраслях промышленности, и их применение в новых отраслях продолжает открываться. Ниже приведен список распространенных отраслей, в которых часто используются композитные материалы.

  • Marine  — Структурные панели корпуса, настил, стрингеры, парусные латы, краснодеревщики, дверные панели, конструкции мачты и анкерные штифты могут быть изготовлены из полимерных композитов.Полиэстер, армированный стекловолокном, является наиболее распространенным композитом, используемым в лодках и кораблях, в то время как армирование арамидным волокном используется в ключевых областях высокопроизводительных парусных лодок, таких как носовая часть и киль. Композиты устойчивы к элементам и агрессивной морской воде, обеспечивают высокую прочность и жесткость, а также гасят шум и вибрацию для более плавной езды.
     
  • Вспомогательное оборудование  — Традиционные деревянные и металлические опоры и траверсы все чаще заменяются полимерными композитами, поскольку они не проводят электропроводность, долговечны и легче, чем дерево или сталь, что упрощает их установку.Композиты, армированные стекловолокном, также используются в других приложениях для передачи и распределения электроэнергии, таких как изоляторы, разрядники и оборудование для опорных линий. Во всех случаях полимерные композиты улучшают эксплуатационные характеристики благодаря своей устойчивости к коррозии, нагреву, атмосферным воздействиям и пламени.
     
  • Автомобилестроение — Полимерные композиты используются в нескольких частях транспортных средств, в том числе в конструктивных элементах, компонентах под капотом и салоне, дверях, сиденьях, корпусах, усилителях бамперов и панелях кузова.Использование композитных материалов в автомобилях может снизить затраты на инструменты и повысить гибкость конструкции для производителей, а также повысить эффективность использования топлива и общее впечатление от вождения для потребителя за счет снижения шума и вибрации.

     

  • Аэрокосмическая промышленность  — Детали самолетов, такие как лонжероны крыльев, интерьер, фюзеляж и обтекатели, могут извлечь выгоду из свойств композитных материалов. Как и в автомобилестроении, меньший вес полимерных композитов может повысить эффективность использования топлива, что приведет к снижению затрат на топливо для авиакомпаний.В самолетах более легкий вес композитных материалов также увеличивает скорость и маневренность. В дополнение к более легкому весу композиты FRP обеспечивают более долговечные детали, которые прочнее, чем традиционные металлы, а также обладают усталостной и коррозионной стойкостью.
     

Наверх

 

Более глубокое погружение в передовые композиты 
Есть ли разница между полимерными композитами, термореактивными композитами и термопластическими композитами?

Полимерные композиты могут быть термореактивными или термопластичными, поэтому термореактивные композиты и термопластичные композиты являются типами полимерных композитов.Хотя вы также можете услышать, что эти композиты называют «пластиковыми композитами» или «армированным пластиком», исторически композитные материалы чаще всего являются термореактивными. Тем не менее, термопластичные композиты набирают популярность из-за их пригодности для повторного использования, простоты производства и гибкости конструкции. Основное различие между термореактивным материалом и термопластом заключается в том, что термореактивный материал нельзя изменить после того, как он был сформирован, отвержден и охлажден, в то время как термопласты можно повторно нагревать и формовать.

Термореактивные и термопластичные материалы имеют разные преимущества и выбираются в зависимости от типа свойств, необходимых для применения.Например, термореактивные композиты обладают высокой термостойкостью и отличной усталостной прочностью. С другой стороны, термопластичные композиты обладают повышенной прочностью и возможностью вторичной переработки.

 
Какую роль играет пултрузия в создании передовых композитов?

Пултрузия — это один из способов производства передовых композитных материалов. Это непрерывный процесс формования, при котором волокна пропитываются жидким полимером, а затем осторожно протягиваются через нагретую головку для формирования деталей.Пултрузию можно использовать для изготовления изделий практически любой длины, таких как балки, швеллеры, трубы, трубки, удочки и клюшки для гольфа. Если вы слышали такие термины, как «пултрузионное углеродное волокно», это просто означает, что композит из углеродного волокна был получен в процессе пултрузии.

 
Что такое композитные панели?

Композитные панели, также называемые сэндвич-панелями, представляют собой несколько слоев FRP-композитов, на которые нанесен слой материала сердцевины для формирования сэндвич-структуры.Лицевые листы или внешние слои композитной сэндвич-панели изготавливаются из композитных ламинатов, которые представляют собой слои композитного материала. В зависимости от применения другие материалы, такие как пена, помещаются между полимерными ламинатами для создания определенных свойств. Обычный термопластичный ламинат представляет собой однонаправленную ленту, очень тонкий материал, в котором все волокна идут в том же направлении, что и смола. Однонаправленная лента обычно изготавливается в рулонах, что позволяет непрерывно изготавливать длинные отрезки материала.Органолисты — это еще один вид ламината, который может быть изготовлен из углеродных, стеклянных или арамидных волокон.

Баллистические панели — еще один тип композитных панелей. Эти панели предназначены для защиты от пуль и других снарядов и могут быть сконструированы для обеспечения защиты военного уровня. Баллистические панели изготавливаются из нескольких слоев тканого стекловолокна, а затем инкапсулируются смоляной системой. Обычно баллистические панели используются для стен, ограждений и защитной одежды.

Наверх

 

Подходят ли передовые композиты для вашего продукта?

Лучший способ определить, подходит ли расширенный композит для вашего случая использования, — это обсудить ваши потребности со специалистом по композитам. В Avient у нас есть эксперты по широкому спектру материалов, которые укажут вам правильное направление.

Для начала лучше узнать, в какой среде будет находиться ваш продукт и какие свойства вам нужны (например,, термо- или водостойкий, твердый или мягкий, цвет). Наша миссия в Avient — решать самые сложные в мире проблемы материаловедения, а это означает поддержку вас от исследований и разработок до производства. Свяжитесь с нами сегодня чтобы начать.

Где используются композитные материалы?

Сегодня термореактивные композиты используются в самых разных отраслях, включая:

Аэрокосмическая промышленность
Термореактивные композиты предназначены для изготовления крыльев, фюзеляжей, переборок и других применений в коммерческих, гражданских и военных аэрокосмических приложениях.

Бытовая техника/Бизнес
Термореактивные композиты используются в рамах, панелях оборудования, ручках и отделке бытовой техники, электроинструментов, делового оборудования и многих других областях.

Термореактивные композиты для бытовой техники используются в стиральных машинах, сушилках, холодильниках, морозильных камерах, плитах, духовках, посудомоечных машинах для компонентов, которые включают панели управления, ручки, ручки, вентиляционные решетки, боковые панели, кожухи двигателей, защитные пластины и многие другие.








Автомобилестроение/Транспорт/Сельское хозяйство/Строительство
В настоящее время композиты используются в транспортных средствах и оборудовании, включая панели, рамы, внутренние компоненты и другие детали.

Гражданская инфраструктура
Некоторые составные объекты инфраструктуры включают здания, дороги, мосты и сваи.

Строительство
Термореактивные композиты заменяют многие традиционные материалы для архитектурных элементов дома и офиса, включая арматуру, двери, стеновые панели, кровлю, оконные рамы, молдинги, умывальники, душевые кабины и даже бассейны.

Коррозионно-активные среды
Композиты идеально подходят для применения в коррозионно-активных средах, таких как химические заводы, целлюлозно-бумажная промышленность, нефтегазоперерабатывающие заводы и водоочистные сооружения.Общие области применения включают вентиляторы, решетки, резервуары, воздуховоды, вытяжки, насосы и шкафы.

Электрооборудование
Компоненты Thermoset, обладающие высокими диэлектрическими свойствами, включая устойчивость к дуговому разряду и дорожке, включают в себя оборудование подстанций, микроволновые антенны, опоры и оборудование для опорных линий и печатные монтажные платы. Приложения и компоненты включают в себя распределительные устройства, средства управления двигателем, опорные изоляторы, компоненты системы управления, автоматические выключатели, дугогасительные камеры, дуговые экраны, клеммные колодки, клеммные щиты, измерительные устройства, опоры шин и компоненты освещения.

Морской флот
Благодаря своей коррозионной стойкости и малому весу морские композиты применяются в корпусах лодок, переборках и других компонентах военных, коммерческих и прогулочных лодок и кораблей.








Источник информации: http://www.acmanet.org/

 

Композиты — лазерная резка, гравировка и маркировка

Композиты образуются путем объединения двух или более материалов с разными свойствами для формирования нового материала (композита) со свойствами, превосходящими свойства отдельных компонентов.Например, армирующий материал из углеродного волокна внедряется в эпоксидный матричный материал, образуя прочный и легкий конструкционный композит. Углеродное волокно само по себе недостаточно жесткое, чтобы его можно было использовать в качестве конструкционного материала, а эпоксидная смола сама по себе недостаточно прочная. Большинство композитов можно обрабатывать лазерной резкой, гравировкой и маркировкой.

Типы композитных материалов


Типы лазерных процессов

Лазеры играют все более важную роль в обработке материалов, от разработки новых продуктов до крупносерийного производства.Во всех лазерных процессах энергия лазерного луча взаимодействует с материалом, тем или иным образом преобразуя его. Каждое преобразование (или лазерный процесс) контролируется путем точного регулирования длины волны, мощности, рабочего цикла и частоты повторения лазерного луча. Эти лазерные процессы включают следующее:

Все материалы обладают уникальными характеристиками, которые определяют, как лазерный луч взаимодействует и, следовательно, модифицирует материал. Это верно независимо от того, используется ли лазерная система в качестве «лазерного резака», «лазерного гравера» или «лазерного маркера».Наиболее распространенными процессами для композитов являются следующие:


Лазерная резка композитов
Поскольку композиты состоят из двух или более различных материалов, выбор правильной длины волны лазера имеет решающее значение. Если все компоненты композита являются органическими, все они будут поглощать энергию лазерного луча CO 2 . Лазерный луч нагревает материал прямо на своем пути, заставляя его испаряться. Если мощность лазера достаточно высока, лазерный луч полностью прорезает материал, оставляя чистый и гладкий край.Если компоненты композита металлические, процесс лазерной резки можно осуществить с помощью волоконного лазера. Во многих случаях для каждого компонента композита требуется разная длина волны лазера. Это рассматривается в преимуществах ULS.

Лазерная гравировка композитов
Мощность CO 2 лазерного луча можно ограничить таким образом, чтобы он удалял (гравировал) материал на заданную глубину. Процесс лазерной гравировки можно использовать для создания узоров и рисунков на композитной поверхности.Лазерная гравировка также может быть использована для передачи информации.

Лазерная маркировка композитов
Многие композиты можно маркировать лазером с помощью CO 2 или волоконного лазерного луча. Лазер CO 2 следует использовать, если материал поверхности преимущественно органический. Волоконный лазер следует использовать, если материал поверхности в основном металлический. В любом случае энергия лазерного луча поглощается поверхностью композита, что приводит к изменению его внешнего вида. Это создает видимую метку без существенного удаления материала.Лазерная маркировка может использоваться для создания дизайна или передачи информации.

Комбинированный процесс
Описанные выше процессы лазерной резки, гравировки и маркировки можно комбинировать без необходимости перемещения или повторной фиксации композита.


Общие сведения о лазерной системе для композитных материалов

Размер платформы — Должна быть достаточно большой, чтобы вмещать самые большие композиты, которые будут обрабатываться лазером, или должна быть оснащена возможностями класса 4 и мерами предосторожности для обработки больших листов.

Длина волны – CO-лазер с длиной волны 10,6 микрон 2 – лучший выбор, если композит состоит в основном из органических материалов. Волоконный лазер с длиной волны 1,06 мкм является лучшим выбором, если композит состоит в основном из металлических материалов.

Мощность лазера — необходимо выбирать в зависимости от выполняемых процессов. Мощность от 25 до 150 Вт (лазер CO 2 ) лучше всего подходит для лазерной резки, гравировки и маркировки композитов, состоящих в основном из органических материалов.Мощность от 40 до 50 Вт (волоконный лазер) лучше всего подходит для лазерной резки, гравировки и маркировки композитов, состоящих в основном из металлических материалов.

Линза – Линза 2.0 является лучшей универсальной линзой для лазерной обработки композитных материалов.

Стол для резки – Поддерживает пластмассовые композиты для лазерной резки.

Выхлоп — Должен иметь достаточный поток для удаления газов и частиц, образующихся во время лазерного процесса, из композитного оборудования для лазерной гравировки, резки и маркировки.