Tim's amateur rocketry site

Ракетомодельная страничка Тима.

line

line

Изготовление деталей из слоистых стеклопластиков.

Композиты являются довольно привлекательным материалом для ракетчика. Наиболее популярными являются слоистые пластики на основе эпоксидных смол. В качестве наполнителя обычно используется бумага, стеклоткань или стекловолоконный ровинг. Некоторые счастливчики используют углеволокно или углеткань.
Свойства слоистых пластиков зависят от их структуры, типа смолы, армирующего материала и наполнителей. В таблице приведены свойства типичный слоистых пластиков в зависимости от метода формованием и некоторых металлов (для сравнения):

Свойство	Формование ручной укладкой		Формование напылением	Алюминий	Сталь
	матов	ткани
Плотность, кг/м³	1400-1800	1600-2000	1400-1600	2750	7850
Предел прочности при растяжении σ_в, МПа	70-140	135-340	60-125	40-185	200-230
Модуль упругости при растяжении Е, ГПа	5.5-12.5	10-30	5.5-12.5	70	205
Предел прочности при сжатии σ_сж, МПа	70-175	140-375	70-175	62	195
Предел прочности при изгибе σ_и, МПа	135-275	240-445	110-150	135	205
Модуль упругости при изгибе Е_и, ГПа	5.5-7	8-14	5.5-7	70	190-205
Теплостойкость (при непрырывном нагреве), С°	50-160	50-160	50-160	-	-

Конструирование изделий из СВКМ (СтеклоВолокнистых Композиционных Материалов) имеет некоторые особенности:

Минимальный радиус закругления внутренних углов 4,8 - 6,4 мм (меньшие радиусы допустимы, но нежелательны)
Минимальный угол технологического уклона 2 градуса (нулевой уклон только на разъемных формах)
Минимальная реальная толщина изделий при формовании ручной укладкой 0.8 мм
Максимальная реальная толщина, в принципе не ограничена, но с учетом отверждения 6 мм.
Стандартная разнотолщинность при формовании ручной укладкой +0.8...-0.4 мм
Стандартная массовая доля стекловолокна при формовании ручной укладкой 30-55%

Минимальные значения стандартных свойств _полиэфирных_ слоистых пластиков, армированных _стекломатами_ (при температуре 23 С):

Свойство	Толщина, мм
.	3 - 4,8	6	8	более 10
Предел прочности при растяжении, МПа	60	80	90	100
Предел прочности при статическом изгибе, МПа	110	130	140	150
Модуль упругости при изгибе (касательный), ГПа	4,8	5,5	6,2	6,9

Для пластиков армированных тканью соответствующие пределы прочности должны быть в 1,5 - 2 раза больше. Для самодельного композита на основе эпоксидной смолы и стеклоткани считаю обоснованной оценку предела прочности при растяжении σ_в на уровне 100-150 МПа.

Упрощенный расчет трубы на прочность
Необходимо расчитать потребную толщину h трубы диаметром D нагруженной внутренним давлением P.
Расчет будем производить на базе следующих формул:

σ_t = 0.5 * P * D / h - оценка тангенциальных напряжений в тонкой трубе.
σ_в >= K * σ_t - гипотеза прочности основаная на том что именно тангенциальные напряжения являются определяющими в данном расчетном случае, где К - коеффициент запаса прочности.
σ_в = 110 МПа - для материала нашей трубы.

Т.е получаем условие прочности σ_в >= 0.5 * К * P * D / h
h >= 0.5 * К * P * D / σ_в

Расчитаем для Р = 50 атм и D = 60 мм. С учетом степени ответственности детали и возможных погрешностей изготовления назначаем К = 4.0, тогда h = 5.5 мм. (при нормальной температуре)