Км требования

Проектирование КМ и КМД (Металлические конструкции)

Проектирование КМ и КМД. Проекты КМ и КМД

Проектирование КМ – раздел проектирования металлических конструкций (КМ), является одним из обязательных разделов проектной документации. Проект КМ выполняется на стадии разработки проектной документации. Металлические конструкции в строительстве используются достаточно давно. Характеристики металлических конструкций позволяют придать зданиям и сооружениям особые архитектурные формы, обеспечив при этом прочность и общую устойчивость зданию или сооружению. Немаловажным является и тот факт, что металлические конструкции легко монтируются и обладают небольшим весом. Для того, чтобы металлические конструкции служили и выполняли свои функции правильно, необходимо разрабатывать проект марки КМ.

Для выполнения проекта КМ необходимы исходные чертежи по архитектурно-строительным решениям, где описана основная конструктивная схема объекта. Основная задача инженера-проектировщика металлических конструкций (КМ) – выполнить конструктивные чертежи, увязав их с архитектурно-планировочными особенностями здания, при этом выбранные элементы конструкций здания должны удовлетворять прочностным требованиям и быть надёжными.

В разделе КМ проекта излагается информация об объекте в виде схем или чертежей и пояснительной записки. Осуществляется при необходимости расчёт конструктивных элементов по 1-й и 2-й группам предельных состояний (прочность, устойчивость и деформации). Расчеты оформляются и прикрепляются к проекту КМ в общую пояснительную записку. Для осуществления расчёта собираются нагрузки на конструктивный элемент, согласно данным архитектурно-строительных чертежей. В чертежах металлических конструкций описываются конструктивные особенности объекта, узлы крепления элементов каркаса, характеристики используемого металла, оговариваются особые примечания. Оформление чертежей проекта КМ подчиняется требованиям ГОСТ 21.502-2007. Структурировать проект КМ можно в следующей последовательности:

— общие данные;

— расчет конструктивных элементов;

— планы, схемы, узлы, сечения металлических конструкций;

При разработке проекта КМ основным нормативным документом, на который ссылается проектировщик, является СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции». Кроме того, имеются различные другие документы, сортамент металлопроката, рекомендации по усилению металлоконструкций при реконструкции зданий и сооружений, пособия по проектированию.

Проект КМ выполняется на основе технического задания, в котором прописано, какая схема соединения металлических элементов предусматривается между собой. В основном соединение элементов предусматривается болтовое, либо на сварке.

После разработки проекта КМ и начала выполнения строительно-монтажных работ, возможно осуществление авторского надзора за проектом. Необходимость постоянного авторского надзора позволяет оперативно обнаружить ошибки при строительстве или в проектных решениях по разделу КМ, согласовать различные изменения в проекте, которые возможно осуществить только под надзором опытного инженера.

В особых случаях, для детализации конструктивных элементов и уточнения длин и сечений разрабатывается раздел проекта: Конструкции металлические деталировочные (КМД). Проектирование КМ служит основой для дальнейшей подготовки чертежей КМД. Чертежи КМД являются единым документом для изготовления и монтажа строительных металлоконструкций и должны содержать все необходимые данные для разметки, обработки, сборки, сварки, контроля и монтажа конструкций.

Разработка раздела КМД осуществляется высококвалифицированными инженерами-конструкторами. Наша компания использует самое современное программное обеспечение для разработки проектной документации раздела КМД. Благодаря чему, скорость проектирования КМД сильно возрастает, а качество выпускаемой продукции не снижается.

Металлические конструкции используются не только для несущих элементов. Бывают, и достаточно часто, случаи использования металлических конструкций в качестве декоративных и вспомогательных элементов. Разработка лестниц, козырьков включается в раздел КМ. Металлические лестницы лёгкие, простые в монтаже и, при этом — надёжные, которые будут долго служить и радовать необычной формой. Кроме того, металлические конструкции используются в качестве элементов для каркасов ограждающих конструкций – элементы фахверка. Узлы, схемы и спецификации на подобные элементы также включаются в проекты КМ и КМД.

Наша организация имеет богатый опыт в области проектирования металлических конструкций. Специалисты нашей компании могут качественно и быстро разработать разделы КМ (Конструкции металлические) и КМД (Конструкции металлические деталировочные). Ответственный подход к решению задач обеспечивает качество выпускаемой проектной документации .

Стоимость разработки проектной документации раздела КМ складывается из следующих показателей:

— площади будущего сооружения;

— сроки и срочность выполнения проекта КМ;

— уникальность будущего объекта (нестандартная форма, особые условия места строительства);

— сейсмичность района и строительной площадки;

Стоимость разработки проектной документации раздела КМД складывается из общего тоннажа металлоконструкций, определенного в разделе КМ.

Системные требования

ВНИМАНИЕ! Работу с ИИП «КМ-Школа» можно осуществлять при условии подключения школы к сети Интернет по каналу со скоростью передачи данных не менее 128 Kбит/сек ИЛИ посредством специального USB-ключа*, обеспечивающего работу «КМ-Школы» без подключения к Интернет.

Требования к серверу:

• Windows 2000
• Windows XP
• Windows2000Server,
• Windows2003Server
• Windows Vista.

• Процессор типа Intel Pentium III 1,2 ГГц
• Системная плата с поддержкой тактовой частоты шины (FSB) 100 МГц
• Объем оперативной памяти 512 Мб
• Объем жесткого диска не менее 10 Гб
• Привод для компакт дисков DVD-ROM
• Сетевая карта Ethernet 10Base-T (или WiFi)

• Процессор типа Intel Pentium IV с тактовой частотой не менее 2,4 МГц
• Системная плата с поддержкой тактовой частоты шины (FSB) 800 МГц
• Объем оперативной памяти 1024 Мб
• Объем жесткого диска не менее 30 Гб
• Привод для компакт дисков DVD-ROM.
• Сетевая карта Ethernet 100Base-T (или WiFi)

Требования к клиентским рабочим местам (компьютерам):

• Процессор типа Intel с тактовой частотой не менее 1 ГГц
• Объем оперативной памяти 256 Мб
• Видеоадаптер с видеопамятью не менее 8 Мб, 32-bit цветности.
• Звуковая плата (поддержка форматов WAV и MID)
• Объем жесткого диска не менее 10 Гб
• Сетевая карта Ethernet 10Base-T (или WiFi)
• Монитор. Разрешение 1024×768 пикселей.
• Стереофоническая акустическая система или наушники, микрофон.

• Процессор типа Intel с тактовой частотой не менее 1.7 ГГц
• Объем оперативной памяти 512 Мб
• Видеоадаптер с видеопамятью не менее 16 Мб, 32-bit цветности.
• Звуковая плата (поддержка форматов WAV и MID)
• Объем жесткого диска не менее 20 Гб
• Сетевая карта Ethernet 100Base-T (или WiFi)
• Монитор. Разрешение 1024×768 пикселей.
• Стереофоническая акустическая система или наушники, микрофон.

Требования к мультимедиа-проектору:

• Разрешение 1024х768, Световой поток 1200 лм.

• Разрешение 1024х768, Световой поток 1500 лм.

*Приобрести USB-ключ можно, связавшись с технической службой поддержки по тел. +7 (495) 787-26-11

Вопросы и ответы

Общие вопросы про стоки, рисование, графические пакеты и т.д. Подпишитесь, задайте вопрос и дождитесь ответа от наших пользователей

Технические требования к файлам на КМ. Они есть?

• Автор Dilettante
• 20 декабря 2016, 00:33

и ещё вдруг вопрос — я когда сохраняла раньше файлы в ai, то всё экспандила, прятала, замочки убирала и прочее. Т.е ai и eps никак не отличались. Сейчас поумнела — ai для меня как заготовка — можно потом из неё ещё что — нибудь сделать.
Вопрос — на КМ тоже бывает продают ai файлы — они чем-то отличаются от eps? или там специально (нужно) оставлять всё не отэкспан(ж)еным, открытым и прочим? Чтобы сам покупатель мог что-то изменить? Или это у меня уже фантазия разыгралась? Я пока далека от КМ, но как-то интересно что там имеется в виду под ai.

А скажите, пожалуйста — есть ли на КМ какая-то техническая проверка файлов? Или всё на совести продавца?
При сохранении, например, ai или eps, я убираю почти все галочки — превью,fonts, pdf, всякие flatten transparensy и прочее — просто так у других научилась, ну или чтобы вес уменьшить.
А вы как делаете?
И ещё интересуют цветовые профили — можно и в RGB и в CMYK делать + всякие американские и европейские настройки для печати. У меня, по моему, все эти настройки сбиты и обратно не восстанавливаются. На Шаттерсток принимают без проблем, а как КМ? Было бы очень здорово если бы кто- нибудь (убил немного своего времени) и поделился скриншотами — на eps, ai и jpeg, а? Ну и на color settings (если уж просить)

Требования, предъявляемые к КМ

К КМ в основном предъявляются требования по физико-механическим свойствам, а в ряде случаев — по физико-химической стабильности и коррозионной стойкости. КМ должны выдерживать определенный уровень механических нагрузок: это растяжение, сжатие, изгиб и характер нагружения (статический, динамический). КМ должны быть устойчивы к действию окружающей среды (температура, влажность, давление, агрессивная среда). Эти факторы определяют комплекс конструктивно-эксплуатационных требований, предъявляемых к КМ.

К показателям конструкционной прочности материалов относятся характеристики долговечности изделий (усталостная прочность, износоустойчивость, коррозионная стойкость) и надежность материала в изделии (вязкость разрушения, живучесть при циклическом нагружении). Количественные характеристики перечисленных свойств определятся при статических и динамических испытаниях образцов, приближенным к реальным условиям эксплуатации.

К КМ предъявляются требования по технологичности. Технологичность – это способность материала приобретать заданную форму при действии различных факторов (температура, давление, влажность), подвергаясь механической обработке, и иметь способность устойчиво соединяться различными методами (сваркой, склеиванием).

Специальные требования к КМ – это магнитные, изоляционные свойства, качество поверхности: цвет, шероховатость.

Недостатки композиционных материалов

Композиционные материалы имеют достаточно большое количество недостатков, которые сдерживают их распространение.

Высокая стоимость КМ обусловлена высокой наукоёмкостью производства, необходимостью применения специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны.

Анизотропия — непостоянство свойств КМ от образца к образцу. Для компенсации анизотропии увеличивают коэффициент запаса прочности, что может нивелировать преимущество КМ в удельной прочности. Таким примером может служить опыт применения КМ при изготовлении вертикального оперения истребителя МиГ-29. Из-за анизотропии применявшегося КМ вертикальное оперение было спроектировано с коэффициентом запаса прочности кратно превосходящим стандартный в авиации коэффициент 1,5, что в итоге привело к тому, что композитное вертикальное оперение МиГ-29 оказалось равным по весу конструкции классического вертикального оперения, сделанного из дюралюминия.

Низкая ударная вязкость также является причиной повышения коэффициента запаса прочности. Кроме этого, низкая ударная вязкость обуславливает высокую повреждаемость изделий из КМ, высокую вероятность возникновения скрытых дефектов, которые могут быть выявлены только инструментальными методами контроля.

Высокий удельный объем является существенным недостатком при применении КМ в областях с жесткими ограничениями по занимаемому объему. Это относится, например, к сверхзвуковым самолётам, у которых даже незначительное увеличение объема самолёта приводит к существенному росту волнового аэродинамического сопротивления.

Гигроскопичность КМ, т.е. склонны впитывать влагу, что обусловлено несплошностью внутренней структуры КМ. При длительной эксплуатации и многократном переходе температуры через 0 по Цельсию вода, проникающая в структуру КМ, разрушает изделие из КМ изнутри (эффект по природе аналогичен разрушению автомобильных дорог в межсезонье). Так одной из возможных причин авиакатастрофы American Airlines Flight 587, в которой от фюзеляжа оторвался композитный киль, названо разрушение структуры композитного киля от периодически замерзавшей в ней воды. КМ могут впитывать также другие жидкости, обладающие высокой проникающей способностью, например, авиационный керосин.

Токсичность. При эксплуатации КМ могут выделять пары, которые часто являются токсичными. Если из КМ изготавливают изделия, которые будут располагаться в непосредственной близости от человека, например мебель, окна, двери, линолиум, спортивный инвентарь, композитный фюзеляж самолета Boeing 787 Dreamliner, то для одобрения применяемых при изготовлении КМ материалов требуются дополнительные исследования воздействия компонентов КМ на человека.

Низкая эксплуатационная технологичность. Композиционные материалы обладают низкой эксплуатационной технологичностью, низкой ремонтопригодностью и высокой стоимостью эксплуатации. Это связано с необходимостью применения специальных трудоемких методов, специальных инструментов для доработки и ремонта объектов из КМ. Часто объекты из КМ вообще не подлежат какой-либо доработке и ремонту.

Знание закономерностей, определяющих в материале наличие тех или иных свойств, позволяет рационально использовать существующие и создавать новые КМ.

ГОСТ 21.502-2007 СПДС. Правила выполнения проектной и рабочей документации металлических конструкций

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ
(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION
(ISC)

Система проектной документации
для строительства

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТНОЙ
И РАБОЧЕЙ ДОКУМЕНТАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
КОНСТРУКЦИЙ

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения», ГОСТ 1.2-97 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления, отмены» и МСН 1.01-01-96 «Система межгосударственных нормативных документов в строительстве. Основные положения».

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Закрытым акционерным обществом «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций им. Н.П. Мельникова» (ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

3 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС) (протокол № 32 от 21 ноября 2007 г.)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование органа государственного управления строительством

Государственное Агентство по архитектуре и строительству при Правительстве Киргизской Республики

Агентство строительства и развития территорий

Агентство по строительству и архитектуре при Правительстве Республики Таджикистан

Министерство строительства, архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 марта 2008 г. № 58-ст введен в действие межгосударственный стандарт ГОСТ 21.502-2007 в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2009 г.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе «Национальные стандарты».

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе (каталоге) «Национальные стандарты», а текст изменений — в информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе «Национальные стандарты»

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Общие положения

4 Состав проектной и рабочей документации

5 Правила оформления чертежей КМ

5.1 Общие данные

5.2 Нагрузки и воздействия на металлические конструкции

5.3 Нагрузки на фундаменты

5.4 Чертежи общего вида металлических конструкций

5.5 Схемы расположения элементов металлических конструкций

5.6 Чертежи элементов металлических конструкций

5.7 Чертежи узлов металлических конструкций

5.8 Спецификации металлопроката

Приложение А (справочное) Пример оформления листа нагрузок на фундаменты

Приложение Б (справочное) Пример оформления чертежей общего вида

Приложение В (обязательное) Форма 1 — Ведомость элементов Ведомость элементов

Приложение Г (справочное) Примеры выполнения схем и маркировки элементов металлических конструкций

Приложение Д (справочное) Пример выполнения схемы элемента металлической конструкции

Приложение Е (справочное) Пример выполнения чертежа узла

Приложение Ж (рекомендуемое) Форма 2 — Спецификация металлопроката

Приложение И (справочное) Пример выполнения спецификации металлопроката

Настоящий стандарт разработан на основе стандартов Системы проектной документации для строительства (СПДС) и Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Настоящий стандарт устанавливает состав и правила выполнения проектной и рабочей документации металлических строительных конструкций марки КМ, являющейся основной базой для разработки рабочих деталировочных чертежей марки КМД, проекта производства работ (ППР), заказа металла и содержащей все необходимые и достаточные данные для выполнения этих работ.

В настоящий стандарт включены требования СН 460-74 «Временная инструкция о составе и оформлении строительных рабочих чертежей зданий и сооружений».

Система проектной документации для строительства

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОЕКТНОЙ И РАБОЧЕЙ ДОКУМЕНТАЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
КОНСТРУКЦИЙ

System of design documents for construction.

Execution rules of design and working documents for metal structures

Дата введения — 2009-01-01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает состав и правила выполнения проектной и рабочей документации строительных металлических конструкций, разрабатываемой на стадиях «рабочий проект», «проект» и «рабочая документация» и выполняемой на бумажных или электронных носителях.

Требования настоящего стандарта не распространяются на выполнение деталировочных чертежей металлических конструкций марки КМД.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 2.312-72 Единая система конструкторской документации. Условные изображения и обозначения швов сварных соединений

ГОСТ 2.315-68 Единая система конструкторской документации. Изображения упрощенные и условные крепежных деталей

ГОСТ 2.321-84 Единая система конструкторской документации. Обозначения буквенные

ГОСТ 2.410-68 Единая система конструкторской документации. Правила выполнения чертежей металлических конструкций

ГОСТ 21.101-97 Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации

ГОСТ 21.110-95 Система проектной документации для строительства. Правила выполнения спецификации оборудования, изделий и материалов

ГОСТ 21.501-93 Система проектной документации для строительства. Правила выполнения архитектурно-строительных рабочих чертежей

ГОСТ 7798-70 Болты с шестигранной головкой класса точности В. Конструкция и размеры

ГОСТ 8240-97 Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент

ГОСТ 8509-93 Уголки стальные горячекатаные равнополочные. Сортамент

ГОСТ 19903-74 Прокат листовой горячекатаный. Сортамент

ГОСТ 23118-99 Конструкции стальные строительные. Общие технические условия

ГОСТ 26020-83 Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Сортамент

ГОСТ 26047-83 Конструкции строительные стальные. Условные обозначения (марки)

ГОСТ 27772-88 Прокат для строительных стальных конструкций. Общие технические условия

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов по указателю «Национальные стандарты», составленному по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Общие положения

При управлении проектированием рекомендуется руководствоваться политикой в области качества, разработанной в соответствии с требованиями [ 1].

При проектировании объектов, входящих в перечни органов государственного надзора по экологической, технологической и атомной безопасности, необходимо учитывать требования, отражающие их специфику и вид строительства.

При проектировании и разработке особо опасных, технически сложных и уникальных объектов заказчик совместно с генеральным проектировщиком, научно-исследовательскими и специализированными проектными организациями должен разрабатывать технические условия, отражающие специфику их проектирования, строительства и эксплуатации.

4 Состав проектной и рабочей документации

4.1 Проектную и рабочую документации металлических конструкций разрабатывают:

— в одну стадию — «рабочий проект» (утверждаемая часть и «рабочая документация»);

— в две стадии — «проект» (утверждаемая часть) и «рабочая документация».

4.2 Стадии проектирования зависят от категории и сложности объекта и устанавливаются в договоре подряда и задании на проектирование.

Содержание разделов документации должно отражать характерные и обоснованные принципиальные решения с учетом вариантных проработок.

4.3 В состав проектной документации, разрабатываемой на стадиях «проект» и «рабочий проект» (утверждаемая часть), включают:

— пояснительную записку, содержащую: выходные проектные данные, основные технико-экономические показатели и характеристики, являющиеся критическими для безопасной и надлежащей эксплуатации; нагрузки и воздействия на металлические конструкции и другие необходимые данные;

— чертежи общего вида металлических конструкций здания или сооружения;

— чертежи узлов металлических конструкций;

— технические условия (при необходимости) — по ГОСТ 23118;

4.4 В рабочую документацию входит основной комплект рабочих чертежей металлических конструкций марки КМ (далее — рабочие чертежи КМ).

4.4.1 В состав основного комплекта рабочих чертежей КМ включают:

— нагрузки и воздействия на металлические конструкции;

— нагрузки на фундаменты;

— чертежи общего вида металлических конструкций здания или сооружения (планы, разрезы, виды, фрагменты);

— схемы расположения элементов металлических конструкций;

— чертежи элементов металлических конструкций;

— чертежи узлов металлических конструкций;

— спецификацию металлопроката и изделий;

4.4.2 Рабочие чертежи КМ должны содержать необходимые и достаточные данные для разработки деталировочных чертежей металлических конструкций марки КМД, проекта производства работ и заказа металлопроката и изделий из металла.

Отступления от рабочих чертежей КМ не допускаются. В случае необходимости эти отступления должны быть согласованы с организацией-разработчиком рабочих чертежей КМ.

4.5 Расчеты металлических конструкций, выполняемые на всех стадиях проектирования, заказчику не выдаются (если иное не предусмотрено договором).

Расчеты оформляют как текстовой проектный документ и сдают на хранение в архив организации-разработчика.

4.6 Чертежи оформляют в соответствии с основными требованиями ГОСТ 21.101 (кроме раздела 6) и требованиями настоящего стандарта.

4.7 Условные буквенные обозначения наименований основных конструкций и изделий в проектной и рабочей документации — по ГОСТ 26047 и ГОСТ 2.321.

5 Правила оформления чертежей КМ

5.1 Общие данные

5.1.1 Лист «Общие данные» по рабочим чертежам КМ оформляют в соответствии с общими требованиями ГОСТ 21.101.

5.1.2 На листе «Общие данные», в общих указаниях, помимо сведений, предусмотренных ГОСТ 21.101 и ГОСТ 21.501, приводят:

— сведения о нагрузках и воздействиях для расчета конструкций здания или сооружения;

— сведения об основных конструктивных особенностях здания или сооружения;

— расчетную схему конструкций со сведениями о нагрузках и воздействиях с необходимыми пояснениями (при необходимости);

— ссылки на принятые нормы проектирования, техническое задание и нормативные документы на металлопрокат, сварные соединения и крепежные изделия;

— описание монтажных и заводских соединений;

— сведения о мероприятиях по защите металлических строительных конструкций от коррозии – в соответствии с ГОСТ 23118 и другими нормативными документами;

— требования к изготовлению и монтажу, в том числе требования к контролю сварных швов, а также точности в соответствии с действующими нормативными документами;

— технико-экономические показатели, полученные в результате разработки проекта (утверждаемой части);

— применяемые условные изображения и обозначения болтов и сварных швов, не установленные в ГОСТ 2.312 и ГОСТ 2.315;

— другие дополнительные сведения.

5.1.3 Применяемые условные изображения болтов и сварных швов, не вошедшие в ГОСТ 2.312 и ГОСТ 2.315, приведены в таблицах 1 и 2.

Требования, предъявляемые к КМ

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КМ

Классификация КМ

В большинстве КМ (за исключением слоистых) компоненты можно подразделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы (1-3). В КМ конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды. Матрица в КМ обеспечивает монолитность материала, передачу и распределение напряжения в наполнителе, определяет тепло-, влаго-, огне- и химическую стойкость.

Свойства композиционных материалов зависят от состава компонентов, их сочетания, количественного соотношения и прочности связи между ними.

КМ, представляют собой полимерные, металлические и неметаллические матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей (волокон, дисперсных частиц и др.); при этом эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композиции (1-5).

По характеру структуры КМ подразделяются на:

– волокнистые, упрочнённые непрерывными волокнами и нитевидными кристаллами;

– дисперсно-упрочнённые материалы, полученные путём введения в матрицу дисперсных частиц упрочнителей;

– слоистые материалы, созданные путем прессования или прокатки разнородных материалов.

По характеру распределения армирующего материала КМ можно разделить на два основных класса:

– с упорядоченным армированием;

– с неупорядоченным армированием.

В первом случае разработчик материала заранее задается конфигурацией, т.е. геометрической структурой распределения арматуры в матрице. Во втором случае распределение арматуры носит случайный, хаотический характер.

КМ обоих классов можно разделить по типу материалов, используемых в качестве матриц и армирующих материалов. И те, и другие материалы могут быть органической и неорганической природы. Свойства КМ зависят от состава компонентов, их сочетания, количественного соотношения и прочности связи между ними.

Волокнистые композиционные материалы. Прочность волокнистых КМ определяется свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напряжения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упругости волокон должны быть значительно больше, чем прочность и модуль упругости матрицы. Жесткие армирующие волокна воспринимают напряжения, возникающие в композиции при нагружении, придают ей прочность и жесткость в направлении ориентации волокон.

Наиболее широкое применение в технике получили КМ, армированные высокопрочными и высокомодульными непрерывными волокнами. К ним относят:

– полимерные КМ на основе термореактивных (эпоксидных, полиэфирных, феноло-формальдегидных, полиамидных и др.) и термопластичных связующих, армированных стеклянными (стеклопластики), углеродными (углепластики), органическими (органопластики), борными (боропластики) и другими волокнами;

– металлические КМ на основе сплавов алюминия, магния, меди, титана, никеля, хрома, армированных борными, углеродными или карбидкремниевыми волокнами, а также стальной, молибденовой или вольфрамовой проволокой;

– КМ на основе углерода (углепластики), армированного углеродными волокнами (углерод-углеродные материалы);

– КМ на основе керамики, армированной углеродными, карбидокремниевыми и другими жаростойкими волокнами.

При использовании углеродных, арамидных, сверхвысокомолекулярного полиэтилена, стеклянных и борных волокон, содержащихся в материале в количестве до 70%, созданы композиции с прочностными характеристиками и модулем упругости в 2-5 раз большими, чем у обычных конструкционных материалов и сплавов. Кроме того, волокнистые КМ превосходят металлы и сплавы по усталостной прочности, термостойкости, виброустойчивости, шумопоглощению, ударной вязкости и другим свойствам.

Углепластики на основе углерода сочетают низкую плотность с высокой теплопроводностью, химической стойкостью, постоянством размеров при резких перепадах температур, а также с возрастанием прочности и модуля упругости при нагреве до 2000°С в инертной среде.

Высокопрочные композиционные материалы на основе керамики получают при армировании волокнистыми наполнителями, а также металлическими и керамическими дисперсными частицами. Армирование непрерывными волокнами SiC позволяет получать КМ, характеризующиеся повышенной вязкостью, прочностью на изгиб и высокой стойкостью к окислению при высоких температурах. Однако армирование керамики волокнами не всегда приводит к значительному повышению ее прочностных свойств из-за отсутствия эластичного состояния материала при высоком значении его модуля упругости.

Содержание волокон в ориентированных материалах составляет 60-80 об % в неориентированных (с дискретными волокнами и нитевидными кристаллами) – 20-30 об %. Чем выше прочность и модуль упругости волокон, тем выше прочность и жесткость КМ. Свойства матрицы определяют прочность композиции при сдвиге, сжатии и сопротивление усталостному разрушению. Можно укладывать волокна под разными углами, варьируя свойства КМ. От порядка укладки слоев по толщине пакета зависят изгибные и крутильные жесткости материала.

Перспективное направление создания высокопрочных КМ – это армирование материалов нитевидными кристаллами («усами»), которые вследствие малого диаметра практически лишены дефектов, имеющихся в более крупных кристаллах, и обладают высокой прочностью. Наибольший интерес представляют КМ, армированные нитевидными кристаллами керамических, полимерных и др. материалов. Размеры усов обычно составляют от долей до нескольких мкм по диаметру и примерно 10-15 мм по длине. Наибольший практический интерес представляют кристаллы оксидов алюминия, бериллия, карбидов кремния и бора, нитридов кремния и алюминия диаметром 1-30 мкм и длиной 0,3-15 мм. Используют такие наполнители в виде ориентированной пряжи или изотропных слоистых материалов наподобие бумаги, картона, войлока. КМ на основе эпоксидной матрицы и нитевидных кристаллов ThO₂ (30% по массе) имеют модуль упругости 70 ГПа. Введение в композицию нитевидных кристаллов может придавать ей необычные сочетания электрических и магнитных свойств. Выбор и назначение КМ во многом определяются условиями эксплуатации детали или конструкции, технологическими возможностями.

Пороха и смесевые твердые ракетные топлива (1) можно также отнести к волокнистым, но энергонасыщенным КМ, принимая во внимание то, что основой пороха является целлюлоза-волокнистое высокомолекулярное соединение (ВМС). Поэтому большинство процессов, протекающих при формировании данных энергонасыщенных конденсированных систем (ЭКС) и изготовлении изделий на их основе подчиняется закономерностям, характерным для ВСМ, рассмотренным в данном пособие.

Дисперсно-упрочненные композиционные материалы. В отличие от волокнистых КМ в дисперсно-упрочненных композиционных материалах матрица является основным элементом, несущим нагрузку, а дисперсные частицы тормозят движение в ней дислокаций.

Рисунок 1.1. Древесно-стружечный материал (ДСП)

Высокая прочность достигается при размере частиц 10-500 нм при среднем расстоянии между ними 100-500нм и равномерном распределении их в матрице.

Прочность и жаропрочность в зависимости от объемного содержания упрочняющих фаз не подчиняются закону аддитивности. Оптимальное содержание второй фазы для различных металлов неодинаково, но обычно не превышает 10 об %. Дисперсно-упрочненные КМ могут быть получены на основе большинства применяемых в технике металлов и сплавов.

Наиболее широко используют сплавы на основе алюминия – САП (спеченный алюминиевый порошок).

Плотность этих материалов равна плотности алюминия, они не уступают ему по коррозионной стойкости и даже могут заменять титан и коррозионно-стойкие стали при работе в интервале температур 250-500°С, по длительной прочности они превосходят деформируемые алюминиевые сплавы. Длительная прочность для сплавов САП-1 и САП-2 при 500°С составляет 45-55 МПа.

Пиротехнические составы и твердые топлива, содержащие ВСМ в виде компонентов и специальных добавок можно отнести к дисперсно-упрочненным энерогонасыщенным КМ, т.к. их основные компоненты-окислители и горючие используются, как правило, в порошкообразном виде. В связи с этим все процессы, проходящие на границе раздела фаз при формировании зарядов из них рассматриваются исходя из закономерностей, характерных для ВСМ (2).

Армирование материалов дисперсными частицами приводит к повышению прочности КМ за счет образования адгезионных взаимодействий между функциональными группами матрицы и наполнителя.

Слоистые композиционные материалы. В слоистых материалах волокна, нити, ленты, пропитанные связующим, укладываются параллельно друг другу в плоскости укладки. Плоские слои собираются в пластины. Свойства получаются анизотропными. Для работы материала в изделии важно учитывать направление действующих нагрузок. Можно создать материалы как с изотропными, так и с анизотропными свойствами.

Требования, предъявляемые к КМ

К КМ в основном предъявляются требования по физико-механическим свойствам, а в ряде случаев – по физико-химической стабильности и коррозионной стойкости. КМ должны выдерживать определенный уровень механических нагрузок: это растяжение, сжатие, изгиб и характер нагружения (статический, динамический). КМ должны быть устойчивы к действию окружающей среды (температура, влажность, давление, агрессивная среда). Эти факторы определяют комплекс конструктивно-эксплуатационных требований, предъявляемых к КМ ( 3- 5).

К показателям конструкционной прочности материалов относятся характеристики долговечности изделий (усталостная прочность, износоустойчивость, коррозионная стойкость) и надежность материала в изделии (вязкость разрушения, живучесть при циклическом нагружении). Количественные характеристики перечисленных свойств определяются при статических и динамических испытаниях образцов, приближенным к реальным условиям эксплуатации.

К КМ предъявляются требования по технологичности. Технологичность – это способность материала приобретать заданную форму при действии различных факторов (температура, давление, влажность), подвергаясь механической обработке, и иметь способность устойчиво соединяться различными методами (сваркой, склеиванием).

Специальные требования к КМ – это магнитные, изоляционные свойства, качество поверхности: цвет, шероховатость.

С другой стороны КМ имеют достаточно большое количество недостатков, которые сдерживают их распространение.

Высокая стоимость КМ обусловлена высокой наукоёмкостью производства, необходимостью применения специального дорогостоящего оборудования и сырья, а следовательно развитого промышленного производства и научной базы страны.

Анизотропия — непостоянство свойств КМ от образца к образцу. Для компенсации анизотропии увеличивают коэффициент запаса прочности, что может нивелировать преимущество КМ по удельной прочности. Таким примером может служить опыт применения КМ при изготовлении вертикального оперения истребителя МиГ-29. Из-за анизотропии применявшегося КМ вертикальное оперение было спроектировано с коэффициентом запаса прочности кратно превосходящим стандартный в авиации коэффициент 1,5, что в итоге привело к тому, что композитное вертикальное оперение МиГ-29 оказалось равным по весу конструкции классического вертикального оперения, сделанного из дюралюминия.

Низкая ударная вязкость также является причиной повышения коэффициента запаса прочности. Кроме этого, низкая ударная вязкость обуславливает высокую повреждаемость изделий из КМ, высокую вероятность возникновения скрытых дефектов, которые могут быть выявлены только инструментальными методами контроля.

Высокий удельный объем является существенным недостатком при применении КМ в областях с жесткими ограничениями по занимаемому объему. Это относится, например, к сверхзвуковым самолётам, у которых даже незначительное увеличение объема самолёта приводит к существенному росту волнового аэродинамического сопротивления.

Гигроскопичность КМ, т.е. склонность впитывать влагу, что обусловлено несплошностью внутренней структуры КМ. При длительной эксплуатации и многократном переходе температуры через 0 по Цельсию вода, проникающая в структуру КМ, разрушает изделие из КМ изнутри (эффект по природе аналогичен разрушению автомобильных дорог в межсезонье). Так одной из возможных причин авиакатастрофы American Airlines Flight 587, в которой от фюзеляжа оторвался композитный киль, причина – разрушение структуры композитного киля от периодически замерзавшей в ней воды. КМ могут впитывать также другие жидкости, обладающие высокой проникающей способностью, например, авиационный керосин.

Токсичность. При эксплуатации КМ могут выделять пары, которые часто являются токсичными. Если из КМ изготавливают изделия, которые будут располагаться в непосредственной близости от человека, например мебель, окна, двери, линолиум, спортивный инвентарь, композитный фюзеляж самолета (например, Boeing 787 Dreamliner), то для одобрения применяемых при изготовлении КМ материалов требуются дополнительные исследования воздействия компонентов КМ на человека.

Низкая эксплуатационная технологичность. КМ обладают низкой эксплуатационной технологичностью, низкой ремонтопригодностью и высокой стоимостью эксплуатации. Это связано с необходимостью применения специальных трудоемких методов, специальных инструментов для доработки и ремонта объектов из КМ. Часто объекты из КМ вообще не подлежат какой-либо доработке и ремонту.

Знание закономерностей, определяющих в материале наличие тех или иных свойств, позволяет рационально использовать существующие и создавать новые КМ.

Дата добавления: 2017-06-13 ; просмотров: 1036 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ