Экспериментальные исследования влияния повышенных и высоких температур на прочностные и деформационные свойства комбинированных стеклоорганопластиков
Автор: Лобанов Д.С., Бабушкин А.В.
Статья в выпуске: 1, 2017 года.
Бесплатный доступ
Актуальной задачей является исследование и анализ влияния повышенных и пониженных (эксплуатационных) температур на механические свойства и механизмы разрушения композиционных материалов в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным режимам, а также установления температурных зависимостей упругих и прочностных характеристик волокнистых композитов, применяемых в ответственных конструкциях. Исследовались механические характеристики композиционных материалов на основе комбинированной стеклоорганоткани и двух типов связующего - полиимидного (КМ-1) и эпоксидного (КМ-2). Целью настоящей работы было исследование деградации механических характеристик композиционных материалов при повышении температуры. Исследования проводились на универсальной электромеханической системе Instron 5882, в состав которой входит термокамера и бесконтактный видеоэкстензометр. Исследования при высокой температуре 500 ºС проводились на сервогидравлической испытательной системе Instron 8850 с использованием высокотемпературной муфельной печи. Получены результаты экспериментальных исследований влияния повышенных и высокой температур на деформационные и прочностные свойства композитов двух рецептур КМ-1 и КМ-2 при растяжении и смятии вдоль утка и вдоль основы. Проведены механические испытания на растяжение и смятие при нормальной и повышенных (100, 250 ºС) температурах для КМ-1 и КМ-2. Для композита КМ-1 также проведены испытания на растяжение при высокой (500 ºС) температуре. Построены диаграммы деформирования, при растяжении и при смятии в условиях повышенных температур выявлена стадия закритического деформирования, определены значения упругих коэффициентов, пределов прочности и прочности при смятии. Построены и проанализированы зависимости деградации механических свойств композитов при повышении температуры. Выявлено преимущество рецептуры КМ-2 над КМ-1 по комплексу механических характеристик, поддающихся сравнению, в диапазоне температур от 22 до 250 ºС при растяжении и температуре 22 ºС при смятии в направлении основы.
Экспериментальная механика, композиционные материалы, стеклоорганопластик, механические свойства, методики испытаний, повышенные температуры, испытания на растяжение
Короткий адрес: https://sciup.org/146211657
IDR: 146211657 | DOI: 10.15593/perm.mech/2017.1.07
Список литературы Экспериментальные исследования влияния повышенных и высоких температур на прочностные и деформационные свойства комбинированных стеклоорганопластиков
- Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года//Авиационные материалы и технологии. -2012. -№ S.. -С. 7-17.
- Зорин В.А. Опыт применения композиционных материалов в изделиях авиационной и ракетно-космической техники//Конструкции из композиционных материалов. -2011. -№ 4. -С. 44-59.
- Субботин В.В., Гринев М.А. Опыт применения материалов производства ФГУП «ВИАМ» и PORCHER в конструкциях узлов и деталей авиационных силовых установок из полимерных композиционных материалов //Научный электронный журнал «Новости материаловеденья. Наука и техника» -2013. -№ 5. -URL: http://www.materialsnews.ru/plugins/content/journal/uploads/articles/pdf/45.pdf (дата обращения: 22.09.2016).
- Соколов И.И., Раскутин А.Е. Углепластики и стеклопластики нового поколения //Труды ВИАМ. -2013. -№ 4. -URL: http://www.viam-works.ru/plugins/content/journal/uploads/articles/pdf/29.pdf (дата обращения: 22.09.2016).
- Технологии и задачи механики композиционных материалов для создания лопатки спрямляющего аппарата авиационного двигателя/А.Н Аношкин //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2014. -№ 4. -С. 5-44.
- Адамов А.А., Лаптев М.Ю., Горшкова Е.Г. Анализ отечественной и зарубежной нормативной базы по механическим испытаниям полимерных композиционных материалов//Конструкции из композиционных материалов. -2012. -№ 3. -С. 72-77.
- Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. -М.: Химия, 1981. -272 с.
- Антюфеева Н.В., Столянков Ю.В., Исходжанова И.В. Исследование и оценка свойств полимерных композиционных материалов по методикам, гармонизированным с международными стандартами//Конструкции из композиционных материалов. -2013. -№3. -С. 41-45.
- Welsh J.S., Adams D.F. Current Status of Compression Test Methods for Composite Materials//SAMPE Journal. -1997. -Vol. 33. -No. 1. -P. 35-43.
- Hussain, A.K., Adams, D.F. Experimental Evaluation of the Wyoming-Modified Two-Rail Shear Test Method for Composite Materials//Experimental Mechanics. -2004. -Vol. 44. -No. 4. -P. 354-364.
- Dixit A., Harlal Singh Mali. Modeling techniques for predicting the mechanical properties of woven-fabric textile composites: a Review//Mechanics of Composite Materials. -2013. -Vol. 49. -No. 1. -P. 1-20.
- Халиулин В.И., Двоеглазов И.В., Ковалев В.В. Методика испытаний складчатых заполнителей на поперечное сжатие//Вестн. Казан. гос. тех. ун-та им. А.Н. Туполева. -2012. -№ 4-2. -С. 85-88.
- Двоеглазов И.В., Халиулин В.И. К вопросу проведения экспериментальных исследований прочности складчатых заполнителей типа z-гофра на поперечное сжатие//Вестн. Самар. гос. аэрокос. ун-та им. академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). -2012. -№ 5-2 (36). -С. 275-281.
- Research of the effectiveness of mechanical testing methods with analysis of features of destructions and temperature effects/A.V. Babushkin, D.S. Lobanov, A.V. Kozlova, I.D. Morev//Frattura ed Integrita Strutturale. -2013. -Vol. 24. -P. 89-95 DOI: 10.3221/IGF-ESIS.24.09
- Лобанов Д.С., Бабушкин А.В. Методика испытаний на одноосное растяжение однонаправленных композиционных материалов при пониженных температурах//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2012. -№ 4. -С. 33-41.
- Бабушкин А.В., Вильдеман В.Э., Лобанов Д.С. Испытания на растяжение однонаправленного высоконаполненного стеклопластика при нормальных и повышенных температурах//Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -2010. -Т. 76, № 7. -С. 57-59.
- Experimental research into the effect of external actions and polluting environments on the serviceablity of fiber-reinforced polymer composite materials/D.S. Lobanov, V.E. Vildeman, A.D. Babin, M.A. Grinev//Mechanics of Composite Materials. -2015. -Vol. 51. -No. 1. -P. 69-76.
- Adams D. S., Herakovich C.T. Influence of damage on the thermal response of graphite-epoxy laminates//J. Thermal Stresses. -1984. -Vol. 7. -No. 7. -P. 91-103.
- Startsev O.V., Krotov A.S., Startseva L.T. Interlayer Shear Strength of Polymer Composite Materials During Long Term Climatic Ageing//Polym. Degrad. and Stab. -1999. -Vol. 63. -P. 183-186.
- Кириллов В.Н., Старцев О.В., Ефимов В.А. Климатическая стойкость и повреждаемость полимерных композиционных материалов, проблемы и пути их решения//Авиационные материалы и технологии. -2012. -№ 5. -С. 412-423.
- Панин С.В., Старцев О.В., Кротов А.С. Диагностика начальной стадии климатического старения ПКМ по изменению коэффициента диффузии влаги //Труды ВИАМ. -2014. -№ 7. -URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=688 (дата обращения: 21.09.2016).
- Экспериментальное исследование влияния дефектов на прочность композитных панелей методами корреляции цифровых изображений и инфракрасной термографии/Д.С. Лобанов //Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2015. -№ 4. -С. 159-170.
- Kucher N.K., Zarazovskii M.N., Danil'chuk E.L. Deformation and strength of laminated carbon-fiber-reinforced plastics under a static thermomechanical loading//Mechanics of Composite Materials. -2013. -Vol. 48. -No. 6. -P. 669-680.
- Трещиностойкость композитных материалов на полимерных связующих при повышенных температурах/В.В. Болотин //Механика композитных материалов. -1988. -№ 5. -С. 839-844.
- Болотин В.В., Мурзаханов Г.Х., Щугорев В.Н. Влияние повышенных температур на удельную работу межслойного разрушения композитных материалов с полимерной матрицей//Механика композитных материалов. -1990. -№ 6. -С. 1033-1037.
- Димитриенко Ю.И. Разрушение композитных материалов при высоких температурах и конечных деформациях//Механика композитных материалов. -1992. -№ 1. -С. 43-54.
- Кузьмин С.А., Булманис В.Н., Стручков А.С. Экспериментальное исследование прочности и деформативности намоточных стеклопластиков и органопластиков при низких климатических температурах//Механика композитных материалов. -1989. -№ 1. -С. 57-61.
- Скудра А.М. Бертулис Д.Р. Зависимость упругих характеристик армированных пластиков от температуры и влаги//Механика композитных материалов. -1993. -№ 1. -С. 105-109.
- Скудра А.М. Бертулис Д.Р. Зависимость упругих характеристик армированных пластиков от температуры и влаги//Механика композитных материалов. -1993. -№ 2. -С. 222-226.
- Бабушкин А.В., Лобанов Д.С. Экспериментальное исследование и моделирование свойств композиционных материалов в условиях сложных термомеханических воздействий//Вестн. Нижегор. ун-та им. Н.И. Лобачевского. -Н. Новгород, 2011. -№ 4 (5). -С. 1984-1986.
- Lobanov D.S., Babushkin A.V. Deformation and fracture of fibrous polymer composites in thermo-mechanical impact conditions//Proc. of ECCM15: European Conference on Composite Materials, Venice, Italy, 24-28 June 2012. -Paper ID: 1224.
- Скудра А.А. Микроструктурный метод прогнозирования температурной зависимости упругих свойств армированных пластиков//Механика композитных материалов. -1990. -№ 4. -С. 594-598.
- Шаклеина С.Е., Соколкин Ю.В., Чекалкин А.А. Изменение микроструктуры и механических свойств стеклопластиковых труб после длительной эксплуатации на промышленных пульпо-и реагентопроводах//Техника машиностроения. -2001. -№ 5. -С. 68-70.
- Вильдеман В.Э. Закономерности и модели процессов накопления повреждений, закритического деформирования и структурного разрушения композиционных материалов//Вестник Пермского государственного технического университета. Динамика и прочность машин. -2001. -№ 2. -С. 37-44.
