Комплексный анализ механического поведения и процессов разрушения образцов пространственно-армированного углепластика в испытаниях на растяжение

Работа посвящена развитию методологии проведения экспериментальных исследований закономерностей неупругого поведения и разрушения пространственно-армированного композиционного материала с учетом влияния схем переплетения на основе совместного использования оптических методов анализа полей деформаций и температуры, а также метода регистрации сигналов акустической эмиссии. Реализована серия механических испытаний на одноосное растяжение 6 групп образцов-полосок, преформы которых изготовлены с помощью технологии 3D-ткачества шестью различными способами переплетения. Отмечено, что образцы углепластика с ортогональной и ортогонально-комбинированной схемой переплетения отличаются высокими значениями предельной нагрузки по сравнению с образцами с межслойным армированием и слоистыми образцами. Проиллюстрирован подбор оптимальных параметров (величины подобласти и шага) корреляционной обработки цифровых изображений при исследовании образцов композиционного материала с учетом структурных особенностей материала. Проведен анализ изменения кумулятивной энергии сигналов акустической эмиссии (АЭ), получаемой путем суммирования значений энергетического параметра и отражающей интенсивность накопления дефектов в материале в процессе нагружения. Обнаружено, что образцы с ортогональной, ортогонально-комбинированной схемой переплетения, а также с попарно межслойным армированием характеризуются низкой скоростью накопления повреждений в материале, процесс инициирования и распространения дефектов протекает равномерно. Образцы с попарно межслойным комбинированным армированием, со сквозным межслойным армированием и слоистые образцы отличаются интенсивностью формирования трещин в материале в процессе нагружения. Получены результаты качественного и количественного сравнения некоторых параметров (предельная нагрузка, предельное удлинение образцов, интенсивность локального разогрева материала в момент макроразрушения, максимальная величина кумулятивной энергии, достигнутая в момент разрушения, число зарегистрированных выбросов сигнала АЭ), полученных для групп образцов с различной схемой переплетения. Показано, что проведение многопараметрического анализа при экспериментальном изучении позволяет осуществлять подбор оптимальных свойств композиционного материала при его разработке в соответствии с требуемыми условиями эксплуатации.