Композиционные материалы благодаря своей высокой прочности, малой массе и стойкости к коррозии нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, включая авиацию, автомобиле и судостроение. Для обеспечения надёжности конструкций из композитов, необходимо хорошо понимать процессы, связанные с накоплением повреждений в материале в процессе эксплуатации.
Учёные из Пермского Политеха представили модель и изучили процессы разрушения слоистого композита при его закритическом деформировании – стадии, наступающей после достижения максимальной нагрузки. Проведённые исследования позволят более точно прогнозировать поведение конструкций из композитов, повышая безопасность технических объектов.
При достижении изделием из ПКМ критических деформаций, происходит его взрывное разрушение. Подобное мгновенное разрушение можно было наблюдать в 2017 году во время испытаний на прочность кессона крыла самолёта МС-21 в ЦАГИ. Тогда нагрузки на кессон доводились до предельных с «изгибом вверх». При достижении 131 процента от расчётной – крыло разрушилось. Однако это не всегда происходит мгновенно. Материал может продолжать аккумулировать повреждения, переходя на новую стадию – закритическое деформирование. На этом этапе происходит постепенное снижение несущей способности и увеличение деформаций.
Композиты – это материалы с характеристиками, объединяющие два или более компонента с различными физическими свойствами. Основными элементами являются матрица (основной компонент, смола) и наполнитель с функцией армирования – карбоновое волокно. Матрица воспринимает внешние нагрузки и передает их наполнителю, перераспределяет напряжения между соседними дисперсными частицами или волокнами, защищает наполнитель от вредного воздействия окружающей среды. Наполнитель играет ведущую роль в формировании прочностных характеристик ПКМ.
Исследователи из Пермского Политеха провели эксперименты по изучению закритического деформирования слоистых композитов, усиленных углеродным волокном. Этот материал широко применяется в создании лёгких и прочных деталей, начиная от хоккейных клюшек и заканчивая лопатками авиационных двигателей. Для анализа механизмов повреждений и разрушения композитов был использован метод акустической эмиссии, основанный на регистрации упругих волн при разрушении структуры материала. Исследования выявили, что закритическое деформирование композитов сопровождается интенсивным разрушением углеродных волокон, образованием трещин в матрице и нарушением связей между матрицей и волокнами.
«При растяжении в средней части образца появляется сужение или по-другому «шейка», которая приводит к сложному напряженному состоянию. В этом случае для корректного определения свойств материала стандартного оборудования недостаточно, поэтому мы использовали бесконтактную оптическую видеосистему VIC-3D. С её помощью можно определять перемещения и деформации на поверхности образцов. Нам удалось впервые построить экспериментальные диаграммы деформирования композита, на которых реализуется закритическая стадия», – рассказала кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ Елена Струнгарь.
Предложенная учеными новая модель механического поведения композитных материалов учитывает определённые закономерности деформирования. Это позволит более точно предсказывать поведение конструкций из композитов, повышая их надёжность и снижая вероятность катастрофического разрушения силовых элементов в конструкции воздушных судов или технических объектов.
Источник:По теме:
28.09.2023г. В Новосибирске прошла конференция по проблемам прочности авиационных конструкций и материалов…
03.05.2023г. Разработано противоударное покрытие для самолётов и авиадвигателей…
29.04.2023г. Экспериментальный завод МАИ отгрузил детали для кессона крыла самолёта CR929…
28.04.2023г. В Пермском Политехе нашли способ продлить срок службы лопаток газотурбинных двигателей…
Образовано ОКБ по созданию автоматических самолетных воздушных винтов и их гидромеханических систем регулирования, обеспечивающих основную тяговую силу турбовинтовых двигателей. Официальным документом, определяющим факт образования предприятия, является Приказ Народного Комиссариата авиационной промышленности СССР № 80/К от 22 марта 1939 г., которым главным конструктором ОКБ утвержден Жданов Константин Иванович. В этом же году началось серийное производство первого … Мировая авиастроительная отрасль остаётся зависимой от поставок из России титана, и эта зависимость вызывает на Западе опасения по поводу безопасности для производства гражданских и военных самолётов, а также авиадвигателей. Россия может перекрыть поток этого металла и поставить критически важные для национальной обороны и гражданской авиации компании недружественных стран в затруднительное положение, пишет The Washington Post. … На Каменск-Уральском металлургическом заводе (ОАО «КУМЗ») идёт подготовка к переходу с 2025 года к крупносерийному производству обшивочных широких листов из алюминиевых сплавов, применяемых при создании перспективной воздушной техники. В рамках этой программы КУМЗ получил от Всероссийского института авиационных материалов (ФГУП ВИАМ) одобрение на выпуск обшивочных листов для самолётов МС-21. Об этом пресс-служба завода сообщила в своём ТГ-канале. …
К 85-летие со дня основания предприятия НПП «Аэросила»
Где взять титан для «боингов» и «эйрбасов»
«КУМЗ»приступил к выпуску серийной продукции для МС-21