4. Защита курсовой работы

Студенты защищают КР лектору в сроки по графику, составленному лектором, и с простановкой результата защиты в зачетную книжку и зачетно-экзаменационную ведомость. При вынесении оценки по КР, помимо правильности проведенных выбора и расчетов, аккуратного оформления работы и ответов непосредственно по выбору и расчетам, будут учитываться ответы на контрольные вопросы по тематике, непосредственно связанной с темой КР (см. Приложение 5).

Приложение 1. Техническое задание на курсовую работу

1.1. Условия и постановка задачи. Трехслойная панель (ТСП), имеющая длину а и ширину b, состоит из двух одинаковых по составу и толщине t обшивок и заполнителя из пенопласта толщиной с и плотностью _зап = 0,1 кг/м³. ТСП растягивается силами F_x и F_y в направлениях осей х и у соответственно (см. рисунок). Обшивки изготовлены из n слоев однонаправленного полимерного композиционного материала (КМ). ТСП должна обеспечить жесткость D_x при ее изгибе в плоскости, перпендикулярной оси х. Каждый слой толщиной t₁ = 0,1 мм представляет собой однонаправленный КМ на основе армирующих волокон и полимерной матрицы. Объемная доля _в волокон составляет 0,5, объемная доля _м матрицы – соответственно 0,5.

Примечание. В зависимости от номера индивидуального технического задания выбираются дополнительные исходные данные для выполнения курсовой работы (см. Приложение 7) и заполняется табл. 1.

1.2. Расчетная схема тсп

Расчетная схема тсп: 1 – обшивки из пкм; 2 – заполнитель из пенопласта

1.3. Исходные данные.

Таблица 1. Критерии выбора и расчета проектируемой ТСП, а также требования, предъявляемые к этим критериям

Критерии	Требование к критерию
Основные критерии
Разрушающая нагрузка Fр.x в направлении оси х, кН	> Fx
Разрушающая нагрузка Fр.y в направлении оси у, кН	> Fу
Жесткость при изгибе ТСП Dx*,	> Dx.зад
Специальные критерии
Теплостойкость, оС	> …?
Максимальная удельная прочность при растяжении ТСП в направлениях х и у**	…?
Радиопрозрачность**	…?
Минимальная стоимость ТСП (определяется в основном стоимостью волокон)**	…?

П р и м е ч а н и е. В правую колонку вписать соответствующие данные, взятые из Приложения 7 согласно номеру индивидуального задания.

* Добиться заданной жесткости при изгибе ТСП D_x за счет толщины с заполнителя.

** В зависимости от технического задания на курсовую работу возможны 2 варианта требований – «Требуется» или «Не требуется».

Приложение 2. Порядок решения задачи (к разделу 2. Выбор компонентов и расчет трехслойной панели)

1. Выбрать тип ПКМ (типы армирующих волокон и полимерной матрицы) и обосновать его со ссылками на табл. 1 и 5. Примечание. 1.1. Если требуется максимальная прочность при растяжении ТСП в направлениях х и у при минимальной массе, то следует выбирать волокно с максимальной удельной прочностью при растяжении _в/_в (см. табл. 6 Приложения 4) при сохранении радиопрозрачности, если она требуется. При прочих равных условиях выбирается наиболее дешевое волокно. 1.2. Выбор матрицы зависит от ее теплостойкости. Если требованию по теплостойкости удовлетворяют 2 или более матриц, то выбирается более технологичная матрица (см. табл. 7 Приложения 4).

2. Составить табл. 2 со свойствами выбранных компонентов (взять из табл. 6 и 7).

Таблица 2. Свойства выбранных компонентов, необходимые для расчета ТСП

Свойство	… волокно*	… матрица*
Плотность в, кг/м3	?	?
Прочность при растяжении в, МПа	?	–
Модуль упругости при растяжении Ев, МПа	?	–

* Добавить, что за волокно и матрица.

3. Выбрать оптимальную схему армирования обшивок ТСП.

4. Рассчитать прочность _1КМ при растяжении однонаправленного монослоя ПКМ (в направлении действия нагрузки) в обшивке ТСП.

5. Рассчитать количество слоев n_x и n_y в каждой из обшивок, обеспечивающее их требуемую прочность в каждом из направлений действия сил F_x и F_y, исходя из условий:

Примечание. При получении в результате расчетов дробного числа слоев выбирать ближайшее большее целое число.

6. Рассчитать толщину слоев t_x и t_y в каждой из обшивок, обеспечивающую их требуемую прочность в каждом из направлений действия сил F_x и F_y.

7. Рассчитать толщину t обшивки.

8. Рассчитать толщину с заполнителя, обеспечивающую заданную жесткость D_x ТСП при ее изгибе в плоскости y0z.

Примечание. При получении в результате расчетов дробной величины с выбирать ближайшее большее целое число в миллиметрах.

9. Рассчитать плотность _КМ материала обшивок ТСП.

10. Рассчитать массу М_ТСП трехслойной панели.

Расчетные выражения для выполнения технического задания.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

Примечания. 1. Если в результате расчета n_x и n_y с использованием выражений (2) и (3) получились дробные значения, то выбираются ближайшие целые числа. 2. Если в результате расчета толщины с заполнителя с использованием выражения (9) получилось дробное значение, то выбирается ближайшее целое число в миллиметрах.

Полученные результаты расчетов свести в табл. 3 и 4.

Приложение 3. Полученные результаты

Таблица 3. Характеристики спроектированной ТСП

Характеристика	Значение
Состав (тип) ПКМ, из которого должны быть изготовлены обшивки ТСП*
Схема армирования
Прочность при растяжении 1КМ монослоя однонаправленного ПКМ в направлении действия нагрузки, МПа
Количество слоев nx в каждой из обшивок, обеспечивающее требуемую прочность обшивок в направлении действия силы Fx
Количество слоев ny в каждой из обшивок, обеспечивающее требуемую прочность обшивок в направлении действия силы Fy
Суммарная толщина слоев tx в каждой из обшивок, обеспечивающая их требуемую прочность в направлении действия силы Fx, м
Суммарная толщина слоев ty в каждой из обшивок, обеспечивающая их требуемую прочность в направлении действия силы Fy, м
Толщина одной обшивки t, м
Плотность материала обшивок КМ, кг/м3
Масса одной обшивки Мобш, кг
Толщина заполнителя с, м
Масса заполнителя Мзап, кг
Масса трехслойной панели МТСП, кг
Толщина ТСП, h, м
Разрушающая нагрузка F р.x, кН
Разрушающая нагрузка Fр.y, кН
Модуль упругости Е1КМ монослоя ПКМ в направлении волокон, МПа
Жесткость при изгибе ТСП Dx, Нм2
Теплостойкость, оС
Радиопрозрачность**

* Возможны 9 вариантов ответа в зависимости от выбранной матрицы и армирующих волокон. Например, «полиэфирный (эпоксидный, фенольный) стекловолокнит (углеволокнит, органоволокнит)».

** В зависимости от индивидуального технического задания на КР возможны 2 варианта ответа – «Достигнута» или «Не требуется».

Таблица 4. Требуемые и достигнутые значения свойств ТСП

Свойство	Требуемое значение*	Достигнутое значение
Основные критерии
Разрушающая сила в направлении оси х, кН
Разрушающая сила в направлении оси у, кН
Жесткость при изгибе ТСП Dx, Нм2
Специальные критерии
Теплостойкость, оС
Максимальная удельная прочность при растяжении ТСП в направлениях х и у
Радиопрозрачность
Минимальная стоимость ТСП

* Колонка заполняется так же, как правая колонка в табл. 1.

Приложение 4. Справочные материалы для выполнения курсовой работы

Таблица 5. Свойства полимерных композиционных материалов (ПКМ), которые зависят преимущественно от свойств армирующих волокон или полимерной материцы

Свойство	Волокно	Матрица
Прочность	+	–
Модуль упругости	+	–
Радиопрозрачность	+	–
Теплостойкость	–	+
Стоимость	+	–

П р и м е ч а н и е. «+» – зависит; «–» – не зависит.

Таблица 6. Показатели свойств армирующихъ волокон, имеющихся для выбора состава ПКМ

Свойство	СВ	УВ	ОВ
Плотность в, кг/м3	2500	1700	1400
Прочность при растяжении в, МПа	3000	3400	2500
Удельная прочность при растяжении в/в, км	120	200	178
Модуль упругости при растяжении Ев, МПа	100000	300000	250000
Стоимость	Низкая	Высокая	Высокая
Радиопрозрачность	Имеется	Отсутствует	Имеется

П р и м е ч а н и е. 1. СВ – стеклянное волокно; УВ – углеродное волокно; ОВ – органическое волокно.

Таблица 7. Показатели свойств полимерных матриц, имеющихся для выбора состава ПКМ

Свойство	ПЭМ	ЭМ	ФФМ
Плотность в, кг/м3	1200	1200	1200
Теплостойкость, оС	80	150	200
Технологичность	Высокая	Средняя	Низкая

П р и м е ч а н и е. 1. ПЭМ – полиэфирная матрица; ЭМ – эпоксидная матрица; ФФМ – феноло-формальдегидная матрица. 2. «Технологичность» – свойство, определяющее возможность изготавливать изделия из ПКМ при меньшем давлении и температуре. При прочих равных условиях (если нет, например, повышенных требований к теплостойкости ПКМ) следует выбирать матрицу с более высокой технологичностью.

Приложение 5. Контрольные вопросы к зачету по курсовой работе «Полимерное материаловедение»

1. Физический смысл понятий «плотность», «прочность», «модуль упругости», «удельная прочность» материалов.

2. Основные требования к конструкционным материалам. Что можно сказать о двух материалах с различной удельной прочностью?

3. Что такое «трехслойная конструкция» (ТСК)? Из каких слоев состоит? Как ее изготавливают? Чему равна жесткость при изгибе ТСК?

3. Что такое «полимерный композиционный материал» (ПКМ)? Назначение его основных компонентов.

6. Что такое «критическая длина армирующих волокон»?

7. Как влияют на прочность при растяжении однонаправленного ПКМ (_пкм) относительные предельные деформации армирующего волокна (_в) и матрицы (_м).

8. Как влияют на прочность при растяжении однонаправленного ПКМ (_пкм) относительные объемные содержания волокна (_в) и матрицы (_м).

9. Что такое «схема армирования ПКМ»? Что такое «оптимальная схема армирования ПКМ»? Какие основные схемы армирования бывают? Как от них зависит прочность при растяжении ПКМ?

Приложение 6. Форма титульного листа (образец)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МАТИ» – Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского

«Институт материаловедения и технологий материалов»

Кафедра «………………………………………………..»