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: