Определение физико-механических характеристик полимерных композиционных материалов

Т.А. Гузева, Г.Е. Нехороших, А.И. Долгих

Определение физико-механических  
характеристик полимерных  
композиционных материалов

Учебно-методическое пособие

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

ISBN 978-5-7038-5259-0

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020

УДК 678(075.8)
ББК 30.68
        Г93

Издание доступно в электронном виде по адресу 
https://bmstu.press/catalog/item/6819/

Факультет «Специальное машиностроение»
Кафедра «Ракетно-космические композитные конструкции»

Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебно-методического пособия

Гузева, Т. А. 
Определение физико-механических характеристик полимерных композиционных материалов : учебно-методическое пособие / Т. А. Гузева,  
Г. Е. Нехороших, А.И. Долгих. — Москва : Издательство МГТУ  
им. Н.Э. Баумана, 2020. — 58, [2] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-5259-0 

Приведено описание домашнего задания «Определение физико-механических характеристик композиционных материалов с применением 
методов статистической обработки результатов экспериментов». Рассмотрены вопросы, связанные с закреплением знаний и приобретением студентами практических навыков по дисциплине «Производство композитных 
конструкций». Приведены исходные данные выполнения домашнего  
задания и требования к их оформлению.
Для студентов, обучающихся по программам подготовки бакалавриата 
24.03.01 «Ракетные комплексы и космонавтика» и 22.03.01 «Материало- 
ведение и технологии материалов» по дисциплине «Производство композитных конструкций».

УДК 678(075.8)
ББК 30.68

Г93

Предисловие

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавриата 24.03.01 «Ракетные комплексы 
и космонавтика» и 22.03.01 «Материаловедение и технологии материалов» по 
дисциплине «Производство композитных конструкций».
В учебно-методическом пособии рассмотрено выполнение домашнего 
задания «Определение физико-механических характеристик композиционных 
материалов с применением методов статистической обработки результатов 
экспериментов».
Выполнение домашнего задания позволит студентам приобрести профессиональные компетенции в научно-исследовательской, производственной 
и проектно-технологической деятельности.
Цель учебно-методического пособия — закрепить знания, полученные на 
лекциях, и приобрести практические навыки в проведении испытаний  
и определении параметров, характеризующих физико-механические свойства 
материалов.
Приведено описание методов определения физико-механических свойств. 
Показано, как материалы могут испытывать различные воздействия, связанные с видом нагрузки (растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб), характером нагружения (статический, динамический) и действием окружающей среды 
(температура, влажность и т. п.).
Даны характеристики образцов, а также испытательных машин, с помощью которых проводят испытания образцов на растяжение, сжатие, изгиб, 
сдвиг и твердость. Параметры используемых образцов (тип, назначение  
и размеры) и их наглядное изображение приведены в приложении. 

Выполнение домашнего задания позволит студентам приобрести профессиональные компетенции в научно-исследовательской, производственной 
и проектно-технологической деятельности. 
После изучения дисциплины студенты будут 
знать:
 • основные методы механических испытаний композиционных мате- 
риалов;

 • критерии оценки несущей способности композиционных материалов 
разной структуры;

 • структуру композиционных материалов;
 • основные виды оборудования и оснастки, применяемые при проведении испытаний;

уметь: 
 • делать достоверный выбор формы и размеров образцов из композиционных материалов для проведения испытаний;

 • планировать последовательность действий при проведении статических 
испытаний ;

 • проводить статистическую обработку результатов испытаний, обеспечивающую достоверность полученных результатов.
В конце учебно-методического пособия приведены вопросы для самопроверки, которые предполагают использование дополнительной литературы, 
материалов лекций и семинарских занятий. Ответы на вопросы помогут 
студентам подготовиться к защите домашнего задания. 

Принятые обозначения

µ  
— коэффициент Пуассона

G  
— модуль сдвига 

Еи  
— модуль упругости при статическом изгибе 

Е  
— модуль упругости при растяжении, сжатии 

ε  
— относительная деформация при растяжении, сжатии

F  
— площадь поперечного сечения образца 

σотр  — предел прочности при отрыве (при растяжении перпендикулярно 
слоям) 

σп  
— предел пропорциональности 

σ−в  — предел прочности при сжатии 

σсм  — предел прочности при смятии 

τcк  — предел прочности при скалывании 

σв  
— предел прочности при растяжении 

P  
— разрушающая нагрузка 

Q  
— расчетная разрешающая загрузка 

Η  
— число твердости

S  
— толщина (высота) образца 

α  
— удельная ударная вязкость 

σви  — условный предел прочности при статическом изгибе 
b  
— ширина образца 

1. Определяемые свойства материалов

1.1. Методы определения показателей физико-механических свойств 

Для того чтобы оценить физико-механические свойства материалов, необходимо определить показатели материалов вне зависимости от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти показатели определяют путем стандартных испытаний образцов на растяжение, сжатие, изгиб, 
сдвиг и твердость. Результаты испытаний можно использовать для расчета 
деталей и конструкций при воздействии на них статических нагрузок.  
Основные показатели, характеризующие физико-механические свойства, 
определяют с применением разных методов:
1) определение предела прочности при растяжении;
2) определение модуля упругости, предела пропорциональности при растяжении и относительного удлинения в момент разрыва;
3) определение модуля упругости и коэффициента Пуассона при растяжении и сжатии материала труб и листов (при измерении деформаций тензодатчиками сопротивления);
4) определение предела прочности материала труб при растяжении  
в кольцевом направлении;
5) определение предела прочности при растяжении колец;
6) определение модуля упругости при растяжении и относительного  
удлинения в момент разрыва при испытании колец;
7) определение модуля сдвига;
8) определение условного предела прочности при статическом изгибе;
9) определение модуля упругости при статическом изгибе;
10) определение удельной ударной вязкости;
11) определение предела прочности при сжатии; 
12) определение предела пропорциональности, модуля упругости и отно- 
сительной деформации при сжатии;
13) определение предела прочности при скалывании по слою;
14) определение предела прочности при отрыве в направлении, перпендикулярном слоям;
15) определение предела прочности при срезе;
16) определение предела прочности при смятии;
17) определение твердости по Бринеллю.
При выборе формы и размеров образцов для механических испытаний 
необходимо учитывать следующие факторы: