Анализ процессов деформирования и разрушения слоисто-волокнистых полимерных композиционных материалов при комбинированном нагружении

Автор: Гурджиев А.В., Третьяков М.П., Вильдеман В.Э.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 5, 2024 года.

Бесплатный доступ

Работа посвящена изучению эффектов закритического поведения композитов при возникновении и равновесном росте трещин. Ключевым направлением исследования является экспериментальное изучение влияния дополнительных вибрационных воздействий и начальных накопленных циклических повреждений структуры на устойчивость процессов деформирования, закритического поведения и разрушения слоисто-волокнистых тканых полимерных композитов на примере стеклопластика и углепластика, которые применяются при изготовлении ответственных конструкций различного назначения. Проведено сравнение процессов деформирования и разрушения углепластика со схемами армирования [0°] и [± 45°] при растяжении и кручении образцов в виде пластин с краевыми V-образными надрезами. Испытания образцов на квазистатическое и циклическое растяжение при наличии вибраций проводились на универсальной двухосевой сервогидравлической испытательной системе Instron 8802. Реализовано двухэтапное нагружение образцов: предварительное циклическое растяжение и квазистатическое растяжение с дополнительными вибрациями на кручение. В результате испытаний получены диаграммы нагружения образцов с концентраторами и начальными усталостными трещинами, отражающие упругопластическое и закритическое деформирование и разрушение. Проведено экспериментальное исследование влияния степени предварительного циклического воздействия в условиях растяжения, а также параметров дополнительных вибраций по оси кручения на реализацию и протяженность ниспадающей ветви диаграмм деформирования образцов композиционных материалов. Для численной оценки реализации стадии закритического деформирования использованы соответствующие коэффициенты, которые характеризуют протяжённость участка закритического поведения по изменению напряжений и деформаций. На основе сопоставления и анализа полученных экспериментальных данных проведена оценка влияния дополнительных вибрационных воздействий кручения на устойчивость реализации закритической стадии деформирования.

Еще

Полимерный композиционный материал, углепластик, стеклопластик, образец, v-образный концентратор, комбинированное нагружение, смешанная мода, вибрации кручения, равновесный рост повреждений, безопасность разрушения

Короткий адрес: https://sciup.org/146283054

IDR: 146283054 | DOI: 10.15593/perm.mech/2024.5.02

Список литературы Анализ процессов деформирования и разрушения слоисто-волокнистых полимерных композиционных материалов при комбинированном нагружении

Stability of Postcritical Deformation of CFRP under Static ± 45° Tension with Vibrations / V. Wildemann [et al.] // Polymers. – 2022. – Vol. 14, no. 21. – P. 4502.
Гурджиев, А.В. Исследование влияния дополнительных вибраций кручения на закритическую стадию деформирования волокнистого полимерного композиционного материала / А.В. Гурджиев, М.П. Третьяков, В.Э. Вильдеман // Master’s Journal. – 2023. – № 1. – Art. № 11.
Вильдеман, В.Э. Эффект вибрационной стабилизации процесса закритического деформирования / В.Э. Вильдеман, Е.В. Ломакин, М.П. Третьяков // Доклады Академии наук. – 2016. – Т. 467, № 3. – С. 284.
Effects of vibration direction on the mechanical behavior and microstructure of a metal sheet undergoing vibration-assisted uniaxial tension / X. Zhao [et al.] // Materials Science and Engineering: A. – 2019. – Vol. 743. – P. 472–481.
The effect of superimposed ultrasonic vibration on tensile behavior of 6061-T6 aluminum alloy / B. Wu [et al.] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2021. – Vol. 116. – P. 1843–1854.
Равновесные внутренние трещины в упругих телах, подкреплённых тонкими гибкими покрытиями / Б.В. Соболь, Е.В. Рашидова, П.В. Васильев, А.И. Новикова // Вестник ДГТУ. Технические науки. – 2020. – Т. 47, № 3. – С. 111–121.
Fatigue crack retardation by the application of hard damping coating to blades under resonance / Zhu, Qing-yu [et al.] // Journal of Central South University. – 2023. – Vol. 30.4 – P. 1095–1106.
Влияние жесткости нагружающей системы на равновесный рост трещин при квазистатическом нагружении / П.С. Бажуков, В.Э. Вильдеман, А.В. Ильиных, М.П. Третьяков // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2013. – № 2. – С. 7–20.
Вильдеман, В.Э. Анализ влияния жесткости нагружающей системы на стадию закритического деформирования материалов / В.Э. Вильдеман, М.П. Третьяков // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2013. – № 3. – С. 49–57.
Чаусов, Н.Г. Полная диаграмма деформирования как источник информации о кинетике накопления повреждений и трещиностойкости материалов / Н.Г. Чаусов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2004. – № 7, Т. 70. – С. 42–49.
Стружанов, В.В. Деформационное разупрочнение материала в элементах конструкций / В.В. Стружанов, В.И. Миронов. – Екатеринбург: УрО РАН, 1995. – 191 с.
Влияние последовательности нагружения на кинетику роста трещины: теория, модель, эксперимент / А.Н. Савкин, Р. Сундер, Д.С. Денисевич [и др.] // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2018. – № 4. – C. 246–255.
Шлянников, В.Н. Характеристики циклической трещиностойкости стали ст-3 при двухосном нагружении / В.Н. Шлянников, А.П. Захаров, А.А. Герасименко // Труды Академэнерго. – 2013. – № 4. – С. 91–101.
Вансович, К.А. Двухосные испытания металлических образцов на испытательных машинах с одной осью нагружения / К.А. Вансович, В.И. Ядров // Омский научный вестник. – 2020. – № 5(173). – С. 10–16.
Шлянников, В.Н. Образцы для испытаний при двухосном циклическом нагружении / В.Н. Шлянников, А.П. Захаров // Труды Академэнерго. – 2013. – № 3. – С. 70–79.
Эффект Кайзера при многоосном непропорциональном сжатии песчаника / И.А. Пантелеев В.А. Мубассарова, А.В. Зайцев [и др.] // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. – 2020. – Т. 495, № 1. – С. 63–67.
Маклакова, С.Н. Исследование прочности бетона при двухосном сжатии / С.Н. Маклакова, М.А. Галкина, В.Н. Бровкин // Вестник ТГТУ. Серия: Строительство. Электротехника и химические технологии. – 2022. – № 1(13). – С. 23–28.
Multiaxial loading on a 3D woven carbon fiber reinforced plastic composite using tensile-torsion tests: Identification of the first damage envelope and associated damage mechanisms / N. Tableau [et al.] // Composite Structures. – 2019. – Vol. 227. – P. 111305.
Долгих, Д.А. Исследование закономерностей накопления повреждений и развития расслоения в полимерных композиционных материалах на основе двухуровневых моделей разрушения / Д.А. Долгих, М.А. Ташкинов // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2020. – № 4. – C. 74–85.
Armanfard, A. Experimental evaluation of carbon fibre, fibreglass and aramid tubular braided composites under combined tension–torsion loading / A. Armanfard, G.W. Melenka // Composite Structures. – 2021. – Vol. 269. – P. 114049.
Шлянников, В.Н. Характеристики деформирования сплава Д16Т при совместном нагружении растяжением, сжатием, кручением и внутренним давлением / В.Н. Шлянников, И.С. Иштыряков, Р.Р. Яруллин // Труды Академэнерго. – 2014. – № 3. – С. 78–90.
Староверов, О.А. Оценка степени поврежденности углепластиковых композиционных материалов при ударном воздействии / О.А. Староверов, А.В. Бабушкин, С.М. Горбунов // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2019. – № 1. – C. 163–174.
Chen, Jiwei Compressive fatigue response and reliability analysis of thermoplastic composite with low‐velocity impact damage / Jiwei Chen, Weixing Yao, Hanyu Lin // Polymer Composite. – 2021. – Vol. 42(11). – P. 5678–5690.
Sapozhnikov, S.B. Ultra-low cycle three-point bending fatigue of glass fabric reinforced plastic / S.B. Sapozhnikov, M.V. Zhikharev, E.M. Zubova // Composite Structures. – 2022. – Vol. 286. – P. 115293.
Обзор публикаций по разработкам лопаток из полимерных композиционных материалов для вентилятора авиационного двигателя / М.И. Валуева, И.В. Зеленина, К.С. Мишуров, И.Н. Гуляев // Вестник машиностроения. – 2019. – № 2. – С. 34–41.
Amoo, Leye M. On the design and structural analysis of jet engine fan blade structures / M.L. Amoo // Progress in Aerospace Sciences. – 2013. – Vol. 60. – P. 1–11.
Review of damage mechanism and protection of aeroengine blades based on impact properties / Pingping Yang [et al.] // Engineering Failure Analysis. – 2022. – Vol. 140. – P. 106570.
Hastie, J.C. Failure analysis of thermoplastic composite pipe (TCP) under combined pressure, tension and thermal gradient for an offshore riser application / J.C. Hastie, M. Kashtalyan, I.A. Guz // International Journal of Pressure Vessels and Piping. – 2019. – Vol. 178. – P. 103998.
Игнатик, А.А. Характеристика НДС стенки трубопровода под воздействием внутреннего давления, изгиба и кручения / А.А. Игнатик // Газовая промышленность. – 2020. – № 4(799). – С. 102–107.
Жихарев, М.В. Влияние предварительного нагружения на баллистические свойства стеклопластиковых панелей / М.В. Жихарев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. – 2017. – Т. 17, № 4. – С. 82–90.
Усталостная чувствительность стеклопластиков в условиях пропорционального циклического растяжения с кручением / В.Э. Вильдеман, О.А. Староверов, А.И. Мугатаров, А.М. Кучуков // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2023. – № 6. – C. 29–40.
Анализ остаточных напряжений в слоистых композитах на примере симметричной схемы армирования [0°/90°] / Д.А. Бондарчук, Б.Н. Федулов, А.Н. Федоренко, Е.В. Ломакин // Вестник ПНИПУ. Механика. – 2019. – №3. – C. 17–26.

Еще

Статья научная