Композиты УГАТУ

ККНМ - практика - определение фактического объемного содержания волокон в композите

Nightingale87 — Wed, 18 Mar 2026 04:49:04 GMT

исходные данные:

углеродная ткань плотностью 1,75 г/см^3

эпоксидная смола плотностью 1,2 г/см^3

теоретический коэффициент армирования psi_t=0,6

размер формуемого композита 150*150 мм

количество слоев n=7

вес вырезанного слоя углеткани по размеру композита 5 г

вес отформованного композита 49г

толщина отформованного композита 1,50 мм

необходимо:

- рассчитать теоретическую плотность композита по формуле:

ro_km=ro_v*psi_t+ro_m*(1-psi_t)

- определить, какие теоретические массу и объем связующего нужно взять для получения нужного теоретического коэффициента армирования

- увеличить теоретические массу и объем связующего на 5% для компенсации утечек связующего

- определить фактическую плотность композита

- определить объемную долю пор

- определить фактический коэффициент армирования композита psi_f=V_v / V_kmf

САПР - практика - применение критериев прочности при оценке сложного напряженно-деформированного состояния конструкций

Nightingale87 — Tue, 03 Mar 2026 03:58:57 GMT

Дано:

- имеется дюралевая (Д16) панель фюзеляжа самолета с параметрами 1000*500*10 мм;

- на панель действуют нагрузки Fy=+1,75 МН, Fx=+1,5 МН (знак "+" означает растягивающий характер нагрузки), Fyx=+0,25 МН (первый индекс показывает нормаль к площадке, на которой действует тангенциальная сила, второй индекс показывает направление действия силы);

Необходимо:

- нарисовать схему действующих на панель нагрузок и напряжений;

- дать определение эквивалентным напряжениям;

- найти общие напряжения sigma_x, sigma_y, tau_xy;

- найти главные напряжения sigma_1, sigma_2, sigma_3; найти угол alpha между осью 1 главных напряжений и осью x, нарисовать положение главных площадок и главных напряжений на схеме; записать главные напряжения в виде sigma_1>sigma_2>sigma_3 (см. формулу на стр. 338);

- проверить прочность дюралевой панели по всем 5-ти теориям прочности (см. учебник, стр. 339) и сделать вывод о прочности данной панели;

- проверить, как изменится ситуация с прочностью панели, если нагрузка Fx станет равной -1,5 МН (знак "-" означает сжимающий характер нагрузки);

- результаты представить в виде таблицы:

действующие напряжения по 1-му варианту напряженного состояния, МПа	действующие напряжения по 2-му варианту напряженного состояния, МПа	главные напряжения по 1-му варианту напряженного состояния, МПа	главные напряжения по 2-му варианту напряженного состояния, МПа	вариант напряженного состояния №1, значение эквивалентных напряжений, МПа	вариант напряженного состояния №2, значение эквивалентных напряжений, МПа	коэффициент запаса прочности по 1-му варианту напряженного состояния	коэффициент запаса прочности по 2-му варианту напряженного состояния	вывод об обеспечении прочности по 1-му варианту напряженного состояния	вывод об обеспечении прочности по 2-му варианту напряженного состояния	примечания о применимости конкретной теории прочности в данном случае
sigma_x=		sigma_1=		теория прочности 1, sigma_eqv=		теория прочности 1, n=		прочность обеспечивается		не рекомендуется
sigma_y=		sigma_2=		теория прочности 2, sigma_eqv=		теория прочности 2, n=
tau_xy=		sigma_3=		теория прочности 3, sigma_eqv=		теория прочности 3, n=			прочность не обеспечивается
				теория прочности 4, sigma_eqv=		теория прочности 4, n=				рекомендуется
		минимальный угол поворота системы координат главных напряжений alpha=		теория прочности 5, sigma_eqv=		теория прочности 5, n=
					относительное остаточное удлинение материала delta=	значение опасных напряжений для материала, sigma_оп=	значение допускаемых нормальных напряжений для материала, [sigma]=	минимальное нормативное значение коэффициента запаса прочности [n_min]=

подсказки:

- сдвиговой характер действующей силы показан на рис. далее:

- общий вид плоского напряженного состояния представлен на рис. далее:

САПР ТП - практика - подбор параметров конструкции исходя из условия прочности

Nightingale87 — Thu, 19 Feb 2026 12:12:51 GMT

Кейс-задача:

Альпинист весом 83 кг собрался в горы. Из снаряжения у него уже есть все, что нужно, кроме веревки длиной 100 м. В магазине продаются веревки со следующими параметрами:

веревка	1	2	3	4	5	6	7
разрывная нагрузка, кгс	100	120	150	180	200	300	500
стоимость, руб/м	20	23	27	30	37	55	89

Необходимо:

- определить нормативный коэффициента запаса прочности,

- выбрать веревку, которую необходимо купить альпинисту,

- определить допускаемые напряжения для выбранной веревки,

- определить реальные напряжения, которые будут возникать в веревке под весом альпиниста,

- также вычислить, сколько будет весить выбранная веревка, сравнить с весом веревок №1 и №7;

- также вычислить, сколько будет стоить выбранная веревка, сравнить со стоимостью веревок №1 и №7;

Материал веревки - высокопрочный полиэтилен низкого давления (HDPE).

справочник (подсказка: см стр. 335-336)

САПР ТП - практика - статистическая обработка результатов механических испытаний

Nightingale87 — Thu, 12 Feb 2026 02:42:17 GMT

Дано:

- проведены механические испытания на растяжение 10 образцов из неизвестного сплава с диаметром рабочей части 8 мм, по максимальной разрушающей нагрузке получены следующие результаты:

№ испытания	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Fmax, кН	10,2	9,7	8,9	5,2	10,5	11,1	9,5	10,3	12,0	10,8

Найти:

- произвести статистическую обработку результатов испытаний с определением среднего значения прочности материала и величины ее разброса с 95% вероятностью (подсказка: см учебник на стр 10);

- также проверить результаты испытания на наличие заведомо ложных показаний, являющихся следствием ошибок при испытаниях, по критерию Смирнова;

- результаты представить в следующем виде: sigma_в = 100 +/- 10 МПа

- по результатам выдвинуть предположение, какой именно сплав использовался для изготовления образцов;

учебник

методичка

Practice - Material Science - tasks for self-consistent solution

Nightingale87 — Wed, 01 Oct 2025 02:41:44 GMT

Problem 1: Determining the modulus of elasticity and the proportional limit

Condition: A tensile test on a low-carbon steel rod with a diameter of 20 mm and a gauge length of 100 mm yielded the following data:

Under a load of 33 kN, the elongation was 0.05 mm.

Under a load of 66 kN, the elongation was 0.1 mm.

The load corresponding to the proportional limit was 100 kN.

Find:

Young's modulus of elasticity E of the material.

The stress corresponding to the proportional limit σpp.

Problem 2. Determining the Yield Strength and Ultimate Tensile Strength

Condition: A mild steel specimen with a diameter of 10 mm and a gauge length of 50 mm is stretched under load. The cross-sectional area of the specimen after rupture is 55 mm².

At the moment the deformation begins to noticeably increase, without increasing the load, the dynamometer read
22 kN.

The maximum load the specimen withstood was 35 kN.

Find:

Physical yield strength σy.

Ultimate tensile strength σu.

Relative area reduction ψ.

Problem 3. Relationship between Hardness and Strength

Condition: A Brinell hardness test on a steel specimen (10 mm diameter ball, 3000 kgf load) yielded an indentation 4.2 mm in diameter.

Find:

Hardness number HB.

Approximate ultimate strength σB of this steel, assuming the empirical relationship for carbon steels:
σ_u (MPa) ≈ 3.5 * HB.

Problem 4. Calculating the True Stress in the Specimen Neck

Condition: In the previous problem (Problem 2), the steel specimen experienced a load of P = 30 kN at the moment before rupture. The neck diameter (minimum diameter) at this moment was 8.5 mm.

Find: The true stress in the narrowest cross-section of the neck at the moment before rupture.

Problem 5. Impact Strength Calculation

Condition: When tested on a pendulum impact tester, a standard Menage specimen with a notch measuring 10 x 10 x 55 mm fractured at an impact energy of K = 64 J. After the test, the cross-sectional area at the notch was 80 mm².

Find: Impact Strength KCU.

Problem 6. Creep Deformation Analysis

Condition: A gas turbine blade made of a heat-resistant alloy with a length of l₀ = 150 mm at a temperature of t = 850 °C and a stress of σ = 150 MPa has elongated by Δl = 0.9 mm over a time of τ = 300 hours of operation.

Find:

Steady-state creep rate v_с.

Relative elongation over 10,000 hours of operation, assuming a constant creep rate.

Problem 7. Reading the tension diagram

Condition: there are two tension diagrams, task is to find following mechanical characteristics:

- yield strength (or conventional yield strength);

- ultimate strength;

- elastic modulus;

- relative residual elongation;

- relative area reduction;

NOTICE: the length of specimen working part equal to 10*d0.

Практика 2 - Структурированные материалы и композиты - Прочностной анализ однонаправленного композита

Nightingale87 — Mon, 21 Apr 2025 04:50:31 GMT

ссылка на методические указания для расчета прочностных характеристик однонаправленного композита

задача:

- рассчитать прочностные характеристики однонаправленного композита согласно пункту 1.2;

ссылка на методические указания для прочностного анализа однонаправленного композита

задачи:

- согласно четвертой цифре варианта заданий взять внешние напряжения, действующие на композит в произвольной системе координат X-Y, по таблице 1;

- рассчитать внутренние напряжения в однонаправленном композите в главных осях упругости 1-2;

- оценить запас прочности однонаправленного композита на основе критерия Хилла по формуле

RF=1/(Hcr)^0,5

- сделать вывод об обеспечении прочности однонаправленного композита, если нормативный коэффициент запаса прочности КМ должен лежать в диапазоне RF=2...3;

- построить поверхности прочности (либо 1 график в трех осях, либо три плоских графика) при разных значениях касательных напряжений согласно методическим указаниям, используя функцию подбора параметра Microsoft Excel;

- аппроксимировать значения упругих и прочностных характеристик композита во всем диапазоне его рабочих температур;

Практика 1 - Структурированные материалы и композиты - Расчет упругих и термоупругих характеристик КМ с построением диаграммы анизотропии

Nightingale87 — Thu, 17 Apr 2025 13:06:13 GMT

ссылка на методические указания

(!) перед началом работы необходимо получить у преподавателя индивидуальный вариант задания;

Расшифровка варианта:

Номер варианта включает в себя 3 цифры, например 1.2.3:

- первая цифра означает номер армирующего материала из таблицы 1;

- вторая – номер матричного материала из таблицы 2;

- третья – значение коэффициента армирования из таблицы 3;

Ход работы:

1) для определения упругих и термоупругих характеристик однонаправленного композита вдоль главных осей упругости 1-2 рассчитать пункты 1.1, 1.3;

2) для определения значения упругих и прочностных характеристик однонаправленного композита вдоль произвольных осей Х-У рассчитать пункты 2.1, просчитать диапазон углов поворота системы координат Х-У относительно 1-2 от 0 до 360 градусов, шаг по углу повотора принять равным 1 градус;

3) по полученным значениям построить диаграммы анизотропии модулей упругости Ex, Ey, коэффицентов Пуассона vxy, vyx, модуля сдвига Gxy, а также коэффициентов линейного расширения alpha_x, alpha_y, alpha_xy;

Лабораторная работа - Структурированные материалы и композиты - Выявление влияния структурирования материала на его магнитные свойства

Nightingale87 — Thu, 03 Apr 2025 14:54:18 GMT

ссылка на методические указания

Практическая часть:

Рассматриваются 4 вида образцов:

- неструктурированный образец из горячекатанной электротехнической стали Э31;

- структурированный в продольном направлении образец из холоднокатанной электротехнической стали Э330;

- структурированный в поперечном направлении образец из холоднокатанной электротехнической стали Э330;

- образец из аморфной электротехнической стали;

При расчете магнитных свойств оцениваются характерные точки кривой намагниченности:

Hs, Bs - напряженность магнитного поля насыщения и магнитная индукция насыщения соответственно;

Hm, Bm - напряженность магнитного поля и магнитная индукция насыщения в конце линейного участка кривой намагниченности соответственно;

Hс - величина коэрцетивной силы;

Br - величина остаточной намагниченности;

Также необходимо подсчитать коэффициент магнитных потерь по формуле:

delta = (1 - eta)*100% = (1 - Bm/Bs)*100%

В результате практической части должен быть построен график гистерезиса с нанесенными на него всеми 4-мя кривыми, а также таблица указанных выше 7 параметров по 4-м образцам.

Выводы:

1 - по цели;

2 - по результатам: проанализировать влияния структуры материала на величину коэрцетивной силы, остаточной намагниченности, напряженности магнитного поля насыщения и намагниченности насыщения исследуемых образцов;

Лабораторная работа - Структурированные материалы и композиты - Выявление влияния направления 3D печати на механические свойства пластиков

Nightingale87 — Thu, 03 Apr 2025 14:26:02 GMT

Цель работы:

установление влияния направления 3D печати внутренней структуры материала на механические свойства пластиковых конструкций.

Теоретическая часть:

для установления влияния структуры пластиковых конструкций, получаемых при 3D печати, рассматриваются образцы двух типов, в которых печатная головка обеспечивала продольно-поперечное структурирование относительно продольной оси образца (тип 1), а также структурирование под углом 45 градусов к продольной оси образца (тип 2).

для данных образцов снимаются диаграммы растяжения с записью усилия деформирования и абсолютного удлинения при деформации.

Диаграмма растяжения — это график, который строят при нагружении образца до разрушения. По нему определяют такие характеристики материала, как предел прочности при растяжении, удлинение при разрыве и модуль упругости. Пример диаграммы растяжения полимерного материала на рис. далее.

Для разных типов материалов диаграммы растяжения могут иметь различные виды:

a — материал без предела текучести (ориентированные плёнки, например, БОПП);
b — материал с пределом текучести (плёнки из ПЭНП);
c — материал с условным пределом текучести (стрейч-плёнки).

На свойства пластмасс при растяжении сильно влияют скорость деформирования и условия окружающей среды.

ГОСТ испытания пластмасс на растяжение

Образцы для испытаний термопластов и армированных пластиков должны соответствовать типу и размерам, указанным на рисунке и в таблице.

Рисунок 1: Образцы для испытаний материалов на растяжение (Числовые значения параметров приведены в таблице 1)

Образец типа 1 применяют для испытаний пластмасс с высоким относительным удлинением при разрыве (полиэтилен, пластифицированный поливинилхлорид), образец типа 2 – для испытаний большинства материалов (термореактивные, термопластичные и слоистые пластики), образец типа 3 в форме полоски – для испытаний стеклопластиков.

Таблица 1

Размеры образцов, мм	Образец типа
Размеры образцов, мм	1	2	3
Общая длина l₁, не менее	115	150	250
Расстояние между метками, определяющими положение кромок зажимов на образце, l₂	80±5	115±5	170±5
Длина рабочей части l₃	33±1	60±1	–
Расчетная длина l₀	25±1	50±1	50±1
Ширина головки b₁	25±0,5	20±0,5	25±0,5
Ширина рабочей части b₂	6±0,4	10±0,5	–
Толщина h	2±0,2(от 1 до 3)	4±0,4(от 1 до 10)	2±0,2(от 1 до 6)

Диаграмму растяжения строят при нагружении образца до разрушения. Скорость нагружения – 2,0±0,4 мм/мин. По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительно удлинение при разрыве e.

По максимальному значению нагрузки F_p вычисляют предел прочности при растяжении.

Удлинение измеряют прибором с погрешностью не более 2% в диапазоне 0,1–0,5 мм. База преобразователя перемещения L₀, устанавливаемого на образец, не менее 20 мм.

По диаграмме деформирования определяют значения нагрузок F₁ и F₂ и удлинение Dl₁ и Dl₂, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3% и рассчитывают модуль упругости при растяжении.

При невозможности записи диаграммы деформирования модуль упругости определяют при циклическом нагружении образца (до получения стабильных приращений) в диапазоне усилий F₁ = (0,05–0,1)×F_р до F₂ = 0,2×F_р. При значениях нагрузки F₁ и F₂ определяют приращение Dl на базе L₀.

Испытания на растяжение полимерных материалов проводят при температуре 23±2°С.

Перед испытанием замеряют ширину и толщину образцов в рабочей части с точностью до 0,01 мм не менее чем в трех местах и вычисляют площадь поперечного сечения. В расчет принимают наименьшую площадь поперечного сечения.

Перед испытанием на образец наносят необходимые метки (без повреждения образцов), ограничивающие его базу и положение кромок захватов (таблица).

Образцы закрепляют в зажимы испытательной машины по меткам, определяющим положение кромок зажимов, таким образом, чтобы продольные оси зажимов и ось образца совпадали между собой и с направлением движения подвижного зажима. Зажимы затягивают равномерно, чтобы не было проскальзывания образца в процессе испытания, но при этом не происходило его разрушение в месте закрепления. Далее настраивают прибор для замера деформаций.

Затем образец нагружают возрастающей нагрузкой, величину которой фиксируют по шкале динамометра. Скорость нагружения составляет 25 мм/мин при определении прочности и относительного остаточного удлинения. В момент разрушения фиксируют наибольшее усилие и определяют прочность при растяжении по формуле

где F_p – нагрузка, при которой образец разрушился, Н; S₀ = b×h – начальное поперечное сечение образца, мм²; b, h – ширина и толщина образца соответственно, мм.

Образцы, разрушившиеся за пределами рабочей части, за результат не принимают.

По удлинению в момент разрушения Dl определяют относительное удлинение при разрыве e:

где Dl – изменение расчетной длины образца в момент разрыва, мм; l₀ – расчетная длина, мм.

Модуль упругости определяют по формуле

где F₁, F₂ – значения нагрузок, соответствующих относительному удлинению 0,1% и 0,3%, Н; Dl₁, Dl₂ – удлинение при нагрузках F₁, F₂ соответственно, мм.

За результат измерения прочности, относительного удлинения и модуля упругости принимают среднее арифметическое значение для всех образцов.

Результаты испытаний заносят в протокол.

Практическая часть:

Форма и размеры образцов, используемых в данной работе, представлены на рис. далее. Материал образцов: PLA-пластик.

Перед испытаниями производится замер толщины и ширины каждого образца в трех местах на рабочей части, данные заносятся в таблицу. Также замеряется длина и ширина головки каждого образца для последующего определения продольной и поперечной усадки пластика при печати.

После испытаний по полученным диаграммам растяжения в координатах F=f(delta_l) строятся диаграммы деформирования в координатах sigma=f(epsilon), по которым определяются значения предела прочности и модуля упругости материала.

Кроме того, вычисляются данные по продольной и поперечной усадке пластика при печати.

Далее вычисляется относительная разница в пределах прочности, модуля упругости, продольной и поперечной усадки образцов типа 1 и 2 с различной ориентацией структуры при печати.

Параметры, которые необходимо определить в ходе лабораторной работы для каждого образца:

- Предел прочности (МПа);

- Модуль упругости (ГПа):

- Предельное относительное удлинение (%);

- Продольная усадка материала (%);

- Поперечная усадка материала (%);

- относительное изменение каждого из вышеуказанных параметров по образцам (%);

Выводы:

1 - по цели;

2 - по результатам: проанализировать влияние ориентации внутренней структуры пластиковых образов на предел прочности, модуль упругости, продольную и поперечную усадку образцов;

Особенности организации внутренней структуры образцов:

Коэффициенты заполнения внутреннего объема 40%, наружной части 100%;

Лабораторная работа - ТКМ - Механическая обработка заготовок на токарно-винторезных станках

Nightingale87 — Sat, 22 Mar 2025 04:00:00 GMT

ссылка на методические указания

нужна лабораторная работа №1 - обработка заготовок на токарно-винторезных станках

оформление отчета согласно требованиям к отчету на стр. 15

практическая часть:

- изучить конструкцию и принцип работы токарно-винторезного станка 1М61;

- зарисовать схему основных токарных операций и типов резцов (1.1), а также эскиз обрабатываемой заготовки (рис. 1.4) на котором подписать, какая поверхность какой операцией получается и каким резцом обрабатывается;

- по формуле (1) определить обороты шпинделя станка, задавшись номинальными оборотами электродвигателя (см. рис. 1.3), далее по формуле (3) найти величину подачи, соответствующую 1 обороту шпинделя станка;

подсказки:

- gamma - это коэффициент, учитывающий проскальзывание ремня по шкиву, gamma = 1 - epsilon, где epsilon = 0,01...0,02; более детальную информацию по кинематике ременных передач можно найти здесь на стр. 115;

выводы:

1 - по цели работы;

2 - по результатам: какие операции могут быть выполнены на токарном станке? привести значения всех рассчитанных в ходе лабораторной работы параметров с пояснениями; для чего нужна гитара сменных шестерен на токарном станке? какова функция задней бабки станка? как можно получать отверстия в деталях на токарном станке?