Szálerősítésű kompozitok Vázlat Bevezetés Szálerősítésű kompozitok szerkezete végtelenszál erősítés vágott szálak Üregek Mikromechanikai deformációs folyamatok Tulajdonságok – merevség, szilárdság Tönkremenetel, tervezési szempontok maximális feszültség maximális deformáció maximális munka négyzetes kölcsönhatás

Szerkezet Végtelenszál – egyirányú kompozit réteg A maximális szál-tartalom elvileg a szálak elrendezésé-től függ. Az elrendezés soha nem ideális. ~70 % a kompozit maximális száltartal-ma.

Szerkezet Végtelenszál – egyirányú kompozit réteg A gyakorlatban a szálak elrendezése szabálytalan, ami egyenlőtlen feszültségeloszlást eredményez.

Szerkezet Végtelenszál – rétegelt kompozit A gyakorlatban alkalmazott kompozit termékek több rétegből állnak. Egy tipikus kompozit: [(03/902/45/453)r/c3]s

Szerkezet Végtelenszál – rétegelt kompozit Az aszimmetrikus kompozitokban csatolási feszültségek lépnek fel, a termék vetemedik.

Szerkezet Végtelenszál – egyirányú kompozit réteg A szöveterősítés technológiailag egyszerűbb, de a szerkezet távolabb áll az ideálistól.

Szerkezet Rövidszál – szálhosszeloszlás Általában fröccsöntéssel dolgozzák fel ezeket az anyagokat, a szálak tördelődnek, egy eloszlással jellemezhetők.

Szerkezet Rövidszál – szálorientáció eloszlás Az orientáció különböző módszerekkel határozható meg, de mindegyik bonyolult és munkaigényes.

Üregek keletkezése jelentős szilárdságcsökkenéshez vezet. Szerkezet Üregek Üregek keletkezése jelentős szilárdságcsökkenéshez vezet.

Mikromechanikai deformációk A mátrix repedezése Keresztirányú igénybevétel a mátrix repedezéséhez vezethet, amit a tervezésnél figyelembe kell venni.

Mikromechanikai deformációk A mátrix deformációja és törése Gyenge adhézió esetén a repedés a szálak felületén halad, a mátrix gyakran plasztikusan deformálódik (epoxi).

Mikromechanikai deformációk Kölcsönhatások A törés módját a szál és a mátrix jellemzői, valamint a határfelületi adhézió határozzák meg.

Mikromechanikai deformációk Kölcsönhatások erős adhézió gyenge adhézió A szál/mártrix adhézió erőssége a kulcsfontosságú a kompozit tulajdonságai szempontjából.

Mikromechanikai deformációk Száldeformáció és törés A szálakhoz kapcsolódó tipikus tönkremeneteli folyamatok: törés, elcsúszás (szén), behajlás (kevlár).

Tulajdonságok Merevség Modell A szállal párhuzamos jel-lemzőket a szál tulajdon-ságai határozzák meg. Az előrejelzés jó. Relaxáció nincs.

Tulajdonságok Merevség Modell A szálra merőleges jel-lemzőket a mátrix tulaj-donságai határozzák meg. Az előrejelzés gyenge. A relaxáció jelentős. Halpin-Tsai egyenlet 12.4. egyenlet

Tulajdonságok Merevség M = E, G, 23 A Halpin-Tsai modell a legelfogadottabb a rugalmas jellemzők leírására.

Tulajdonságok Szilárdság Az orientációval párhuzamosan Az orientációra merőlegesen Az orientációra merőlegesen a szilárdság gyenge és csökken a szál mennyiségének növekedésével.

Tulajdonságok Feszültségek és deformációk – réteg A Hooke törvényt használjuk, de az irányfüggés miatt a feszültség és deformáció tenzor bonyolult.

Tulajdonságok Szilárdság Réteg Kompozit A kompozitban ébredő feszültségeket összegzéssel kapjuk.

Tervezés Feltételek – maximális feszültség Irányfüggés Törési feszültség Egyszerű feltétel, csak korlátozottan érvényes.

Tervezés Feltételek – maximális feszültség Terhelés iránya,  (fok) Szilárdság,  (MPa) 12.23. egyenlet Feszültségkomponensek kölcsönhatása.

Tervezés Feltételek Maximális deformáció Maximális munka Négyzetes kölcsönhatás A bonyolultabb kritériumok a feszültségkomponensek kölcsönhatását kívánják figyelembe venni.

Tervezés Tulajdonság térképek 45-os réteg (%) 0-os réteg (%) A térképek az optimális rétegszám és orientáció meghatározásában segítenek.

Alkalmazás Repülés: légterelők, vízszintes stabilizációs szekrény, farok rész, kormány, kabin-rész és vázszerkezet; helikopter rotorok, teljes helikopterek (BK 117); polgári repülők belső paneljei, teherszállítók belső borítása; fékek Ballisztika: rohamsisak, páncélozott gyalogsági járművek, harckocsi torony, golyóálló mellények, hadihajók külső felépítményei és páncélozása Űrhajózás: kilövőszerkezetek, motorházak, üzemanyagtartályok, rakétaorrok, műholdak, űrrepülő, űrállomás Sport: golfütők és labdák, kerékpár, teniszütő, sí, horgászbotok, íjak, kajakok és kenuk, vitorlás hajók, versenyautó Egyéb területek: szerszámkészítés (kompozitok), autóipar (SMC, meghajtó tengely), gyógyászat (csontpótlás), szerszámgépek, építőipar (gyalogos hidak, felüljárók), szállítás (tehervagonok, személyszállító kocsik), távközlés (radarernyők, parabola antennák) stb.