Оценка влияния термовлажностного старения в агрессивных средах на изменение механического поведения стеклопластика при изгибе короткой балки стеклопластика на основе регистрации сигналов акустической эмиссии

Автор: Лобанов Д.С., Лунегова Е.М.

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

Статья в выпуске: 4, 2022 года.

Бесплатный доступ

Работа направлена на экспериментальное исследование и описание закономерностей механического поведения и деградации прочностных свойств волокнистого полимерного композиционного материала при термовлажностном старении в агрессивных (эксплуатационных) средах разной продолжительности и температурах. Объектом исследования являлся стеклотекстолит общего и электротехнического назначения СТЭФ. СТЭФ - это слоистый армированный стеклопластик, полученный путем горячего прессования стеклоткани, пропитанной термореактивным связующим на основе комбинированных эпоксидных и фенолформальдегидных смол. После предварительного старения при различных температурно-временных режимах образцы стеклопластика испытывались при нормальной температуре на межслоевой сдвиг. Для изучения инициирования и распространения данных дефектных структур в процессе деформирования стеклопластика после предварительного старения при различных температурно-временных режимах и средах в работе применяется метод акустической эмиссии, позволяющий исследовать стадийность неупругого деформирования и отследить процессы, связанные с формированием дефектов в структуре волокнистого композита. Получены и проанализированы данные о влиянии различных сред, таких как техническая вода, морская вода и машинное масло, при различной продолжительности (15, 30, 45 суток) и температуре (22°, 60° и 90 °С) на процессы разрушения композита и реализацию различных механизмов накопления повреждений при квазистатических испытаниях на межслоевой сдвиг. В работе приводятся результаты испытаний, полученные системой регистрации сигналов акустической эмиссии. Приведены и описаны данные, иллюстрирующие стадийность накопления повреждений и проанализированы основные механизмы повреждения структуры композита при нагружении. Описаны результаты исследования микроструктуры образцов, полученные с помощью стереомикроскопа до и после термовлажностного старения в агрессивных средах.

Еще

Экспериментальная механика, термовлажностное старение, агрессивные среды, стеклопластик, акустическая эмиссия, несущая способность, остаточная прочность, межслоевой сдвиг

Короткий адрес: https://sciup.org/146282590

IDR: 146282590 | DOI: 10.15593/perm.mech/2022.4.05

Список литературы Оценка влияния термовлажностного старения в агрессивных средах на изменение механического поведения стеклопластика при изгибе короткой балки стеклопластика на основе регистрации сигналов акустической эмиссии

Lobanov D.S., Slovikov S.V. Mechanical behavior of a unidirectional basalt-fiber-reinforced plastic under thermome-chanical loadings // Mech. Compos. Mater. - 2018 - Vol. 54, no. 3. - P. 351-358.
Lobanov D.S., Babushkin A.V., Luzenin A.Yu. Effect of increased temperatures on the deformation and strength characteristics of a GFRP based on a fabric of volumetric weave // Mech. Compos. Mater. - 2018. - Vol. 54, no. 5. - P. 655-664.
Lobanov D.S., Lunegova E.M., Mugatarov A.I. Influence of preliminary thermal aging on the residual interlayer strength and staging of damage accumulation in structural carbon plastic // PNRPU Mech. Bull. - 2021. - No. 1. - P. 41-51.
Lobanov D.S., Zubova E.M. Research of temperature aging effects on mechanical behaviour and properties of composite material by tensile tests with used system of registration acoustic emission signal // Procedia Struct. Integr. - 2019. - Vol. 18. -P. 347-352.
Kablov E.N., Startsev V.O. The Influence of Internal Stresses on the Aging of Polymer Composite Materials: Review // Mech. Compos. Mater. - 2021. - Vol. 57, no. 5. - P. 565-579.
Комплексное исследование воздействия климатических и эксплуатационных факторов на новое поколение эпоксидного связующего и полимерных композиционных материалов на его основе часть 4. Натурные климатические испытания полимерных композиционных материалов на основе эпоксидной матрицы / Е.В. Николаев, С.Л. Барботько, Н.П. Андреева, М.Р. Павлов, Д.В. Гращенков // Труды ВИАМ. -2016. - № 6 (42). - С. 93-108.
de Souza L.R., Marques A.T., d'Almeida J.R.M. Effects of aging on water and lubricating oil on the creep behavior of a GFRP matrix composite // Compos. Struct. - 2017. - Vol. 168. -P. 285-291.
Park S.Y., Choi W.J., Choi H.S. The effects of void contents on the long-term hygrothermal behaviors of glass/epoxy and GLARE laminates // Compos. Struct. - 2010. - Vol. 92, № 1. - P. 18-24.
Исследование свойств наномодифицированных углеком-позитов до и после термовлажностного старения / В. А. Большаков, С.В. Кондрашов, Ю.И. Меркулова, Т.П. Дьячкова, Г.Ю. Юрков, А.В. Ильичев // Авиационные материалы и технологии. - 2015. - № 2 (35). - С. 61-66.
Изменение физико-механических и термомеханических свойств базальтопластика в результате климатического старения / А.Н. Блазнов, А.С. Кротов, В.Б. Маркин [и др.] // Южно-Сибирский научный вестник. - 2019. - № 3 (27). - С. 116-120.
Malmstein M., Chambers A.R., Blake J.I.R. Hygrothermal ageing of plant oil based marine composites // Compos. Struct. - 2013. - Vol. 101. - P. 138-143.
Effect of hygrothermal aging on the damage characteristics of carbon woven fabric/epoxy laminates subjected to simulated lightning strike / Y. Li, R. Li, L. Huang, K. Wang, X. Huang // Mater. Des. - 2016. - Vol. 99. - P. 477-489.
Evaluation of tensile strength retention and service life prediction of hydrothermal aged balanced orthotropic carbon/glass and Kevlar/glass fabric reinforced polymer hybrid composites / M. Muralidharan, T.P. Sathishkumar, N. Rajini, P. Navaneethak-rishnan, S. Arun Kumar, S.O. Ismail, K. Senthilkumar, S. Siengchin // J. Appl. Polym. Sci. - 2022. - Vol. 139 (6). - 51602.
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 // Mech. Compos. Mater. - 2015. -Vol. 51, no. 1. - P. 97-108.
Characterization of sea water ageing effects on mechanical properties of carbon/epoxy composites for tidal turbine blades / N. Tual, N. Carrere, P. Davies, T. Bonnemains, E. Lolive // Compos. Part A Appl. Sci. - 2015. - Vol. 78. - P. 380-389.
Davies P., Le Gac P.-Y., Le Gall M. Influence of Sea Water Aging on the Mechanical Behaviour of Acrylic Matrix Composites I // Appl. Compos. Mater. - 2017. - Vol. 24. - P. 97-111.
Панин С.В., Старцев О.В., Кротов А.С. Диагностика начальной стадии климатического старения ПКМ по изменению коэффициента диффузии влаги // Труды ВИАМ. -2014. - № 7. - C. 9.
Развитие методов климатических испытаний материалов для машиностроения и строительства в ГЦКИ ВИАМ им. Г.В. Акимова / С.В. Панин, В.О. Старцев, М.Г. Курс, Е.А. Варченко // Все материалы. Энциклопедический справочник. - 2016. - № 10. - С. 50-61.
Старцев О.В., Лебедев М.П., Блазнов А.Н. Старение полимерных композиционных материалов в нагруженном состоянии // Все материалы. Энциклопедический справочник. - 2020. - № 10. - С. 7-18.
Неразрушающий контроль: справочник: 8 т. / под общ. ред. В.В. Клюева. Т 7: в 2 кн. Кн. 1: В.И. Иванов, И.Э. Власов. Метод акустической эмиссии; Кн. 2: Ф.Я. Ба-лицкий, А.В. Барков, Н.А. Баркова [и др.] // Вибродиагностика. - М.: Машиностроение, 2005. - 829 с.
Степанова Л.Н., Чернова В.В., Кабанов С.И. Анализ модового состава сигналов акустической эмиссии при одновременном тепловом и статическом нагружении образцов из углепластика Т800 // Контроль. Диагностика. - 2018. -№ 11. - С. 4-13.
On the use of acoustic emission to identify the dominant stress/strain component in carbon/epoxy composite materials / K.-A. Kalteremidou, D.G. Aggelis, D. Van Hemelrijck, L. Pyl // Mech. Res. Commun. - 2021. - Vol. 111. - P. 103663.
Investigation of the Staging of Damage Accumulation in Polymer Composite Materials during Bending and Tensile Tests / A.A. Bryansky, O.V. Bashkov, D.P. Malysheva, D.B. Solovev // Key Eng. Mater. - 2021. - Vol. 887. - P. 116-122.
Damage mechanisms assessment of Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) composites using multivariable analysis methods applied to acoustic emission data / W. Harizi, S. Chaki, G. Bourse, M. Ourak // Compos. Struct. - 2022. - Vol. 289. -P. 115470.
Damage process in glass fiber reinforced polymer specimens using acoustic emission technique with low frequency acquisition / L. Friedrich, A. Colpo, A. Maggi, T. Becker, G. Lacidogna, I. Iturrioz // Composite Structures. - 2021. -Vol. 256. - P. 113105.
Arumugam V., Saravanakumar K., Santulli С. Damage characterization of stiffened glass-epoxy laminates under tensile loading with acoustic emission monitoring // Compos. B. Eng. -2018. - Vol. 147. - P. 22-32.
Feature selection and clustering of damage for pseudoductile unidirectional carbon/glass hybrid composite using acoustic emission / A. Ichenihi, W. Li, Y. Gao, Y. Rao, A. Ichenihi // Appl. Acoust. - 2021. - Vol. 182. - P. 108184.
Zhao W., Pei N., Xu Ch. Experimental study of carbon/glass fiber-reinforced hybrid laminate composites with tor-sional loads by using acoustic emission and Micro-CT // Compos. Struct. - 2022. - Vol. 290. - P. 115541.
Barile C., Casavola C., Pappalettera G., Vimalathi-than P.K. Damage characterization in composite materials using acoustic emission signal-based and parameter-based data // Compos. B. Eng. - 2019. - Vol. 178. - P. 107469.
Beheshtizadeh N., Mostafapour A., Davoodi S. Three point bending test of glass/epoxy composite health monitoring by acoustic emission // Alex. Eng. J. - 2019. - Vol. 58, is. 2. - P. 567-578.
Experimental and numerical investigation on fracture behavior of glass/carbon fiber hybrid composites using acoustic emission method and refined zigzag theory / I.E. Tabrizi, A. Kefal, J.S.M. Zanjani, C. Akalin, M. Yildiz // Compos. Struct. - 2019. -Vol. 223. - P. 110971.
Groot P.J., Wijnen A.M., Janssen R.B. Real-time frequency determination of acoustic emission for different fracture mechanisms in carbon/epoxy composites // Compos. Sci. Tech-nol. - 1995. - Vol. 55, no. 4. - P. 405-412.
Tretyakov M.P., Tretyakova T.V., Zubova E.M. Experimental study of the crack growth processes in composite samples // AIP Conference Proceedings. - 2020. - Vol. 2216. -P. 040020.
Брянский А.А., Башков О.В. Идентификация структурных повреждений в стеклопластике, подвергнутом термоокислительному старению // Новые материалы и технологии в условиях Арктики: сб. тез. - 2022. - С. 112-114.
Evaluation of thermally-aged carbon fiber/epoxy composites using acoustic emission, electrical resistance and thermo-gram / P. Shin, J. Kim, H. Park, Y. Baek, D. Kwon, K.L. DeVries, J. Park // Comp. Struct. - 2018. - Vol. 196. - P. 21-29.
Godin N., Huguet S., Gaertner R. Influence of hydrolytic ageing on the acoustic emission signatures of damage mechanismsoccurring during tensile tests on a polyester composite: Application of a Kohonen's map // Composite Structures. - 2006. -Vol. 72, is. 1. - P. 79-85.
Mouzakis D.E., Dimogianopoulos D.G. Acoustic emission detection of damage induced by simulated environmental conditioning in carbon fiber reinforced composites // Engineering Fracture Mechanics. - 2019. - Vol. 210. - P. 422-428.
Акустическая эмиссия в вершине трещины при охлаждении влагонасыщенного композита / О.В. Старцев, В.В. Поляков, Д.С. Салита, М.П. Лебедев // Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах. -2020. - Т. 492-493. - С. 157-161.
Lobanov D.S., Yankin A.S., Berdnikova N.I. Statistical evaluation of the effect of hygrothermal aging on the interlaminar shear of GFRP // Frat. ed Integrita Strutt. - 2022. -Vol. 16 (60). - P. 146-157.

Еще

Статья научная