100727

•04 MATEJUALY INŻYNIERSKIE

i moduł Younga £.• następujący cii kompozytów: (a) węglowo-epoksydowcgo (Kr = 0.5). szkkno-pol icslrow ego (J> = 0,5), (c) stalowo-bctonowego (V_F = 0,02)

Matenjł	Gęstość [Mg m'^J)	Moduł Younga [GN m '^2]
Włókno grafitowe	1,90	390
Wlokoo szklane	2.55	72
żywica epoksydowa	1,15	3
żywica poliestrowa
Stal	7,90	200
Beton	2.40	45

Belka o przekroju prostokątnym i wymiarach: szerokość w, wysokość d, długość L Icty poziomo na dwóch podporach umieszczonych na jej końcach W środku belki jest przyłożona pionowo skierowana siła F. Przy pominięciu ugięcia wynikającego z ciężaru belki, strzałka ugięcia 6 w punkcie przyłożenia siły F wynosi:

6 = -—~

E_cwd'

Który z trzech kompozytów (wg danych z tablicy) zastosować do wykonania belki odznaczającej się najmniejszą masą przy danej sile F i danej strzałce ugięcia S.

Odpowiedzi:

⁺0^—Vp); Pc ~ Pr ■*"O~Kr)Pu

a)    r_c= 1,53 Mg-nf’, £_c= 197 GN-nT²,

b)    r_c = 1,85 Mg-m"⁵, Ec = 37.5 GN m'²,

c)    r_c = 2,51 Mg-m*\ Ec = 48,1 GN-nf².

Kompozyt włokno węglowe-żywica epoksydowa.

15. Wykaz, posługując się konkretnymi przykładami, dlaczego niektóre kompozyty są szczególnie użyteczne

Wielowarstwowy kompozyt składa się z płaskich, cienkich, metalowych płytek jednakowej grubości połączonych ze sobą za pomocą cienkich (jednakowej grubości) warstw żywicy epoksydowej. Moduł Younga metalu wynosi £:, żywicy epoksydowej £j, (£₂<£_t), a udział objętościowy metalu V\. Wyznacz stosunek maksymalnego do minimalnego modułu Younga kompozytów w funkcji Ei, Ei i K,. Dla jakiej wartości K, stosunek ten ma największą wartość⁷

Odpowiedź

Największa wartość stosunku modułów występuje, gdy V\ = 0,5

1$. a) Zdefiniuj polimer wielkocząsteczkowy, wymień trzy przykłady polimery o dużym znaczeniu technicznym

b)    Zdefiniuj tworzywa termoplastyczne i termoutwardzalne

c) Jaka jest różnica pomiędzy polimerami o budowie bezpostaciowej iiwtaliczncj oraz elastomerami⁹

d)    Jaka jest różnica pomiędzy polimerami usieciowanym i nieusiecio-

,anym?

c) Co to jest kopolimer?

O Wymień monomery polietylenu (PE), polichlorku winylu (PVC) i po -styrenu (PS).

g)    Co to jest temperatura zeszklenia T_c?

h)    Wyjaśnij przyczyny zmian modułów polimerów w temperaturze zeszklenia

| i) Jaki jest rząd wielkości liczby atomów węgla w pojedynczej cząsteczce polimeru wielkocząsteczkowego?

j)    Jaki jest zakres temperatur zeszklenia To większości polimerów o znaczeniu technicznym?

k)    Jak można by zwiększyć moduł spręży stości polimerów ¹

j 17. a) Wytypuj materiał na ramę roweru górskiego - zapewniający najmniejszą masę ramy przy zadanej sztywności Mozesz zalozyć. ze rama roweru *yionanajest z rur o takiej sztywności, ze strzałka ugięcia przy sprężystym tgmaniu swobodnego końca rury o długości / pod wpływem działającej w rym lońcu siły F (drugi koniec rury unieruchomiony w uchwycie) wynosi

" 3Enr't

ąizie Ir - średnica rury' (ustalona przez konstruktora), i - grubość ścianki, itdra może ulegać zmianie (nie jest ustalona przez konstruktora), t« r Wyznacz związek pomiędzy właściwościami materiału, które determinują sasę rury przy zadanej sztywności. Na tej podstawie dokonaj wyboru awnalu, posługując się danymi zawartymi w rozdz. 3 i 5 Wez pod uwagę ustępujące materiały: stal, stopy aluminium, stopy tytanu, drewno, kompozyty umacniane włóknami szklanymi (GFRP) i węglowymi (CFRP)

b) Który z powyższych materiałów zapewnia otrzymanie ramy roweru najniższej cenie przy zadanej sztywności?

Odpowiedzi:

.....i ---- ~ - - i