Представлены результаты испытаний, проведенных на универсальном электромеханическом ударном измерительном стенде-копере Instron CEAST 9350. Образцы из алюминиевого сплава с различной глубиной выреза подвергались нагружению при разных скоростях удара. Были получены значения ударной вязкости, затраченной энергии и максимальной разрушающей силы для всех образцов. Построены диаграммы зависимостей сила - перемещение, сила - время и энергия - время. Проведены анализ и сравнение полученных результатов.

Бесплатно

Экспериментальное исследование предельных напряженно-деформированных состояний квазихрупкого материала с использованием метода корреляции цифровых изображений

Третьякова Татьяна Викторовна, Спаскова Елена Михайловна

Статья научная

Рассмотрено получение экспериментальных данных (совокупность значений компонент тензора деформаций, соответствующих напряженно-деформированному состоянию в точке максимальной концентрации деформаций для пластин с проточкой различной ориентации), необходимых для построения критериев прочности, с помощью бесконтактной трехмерной цифровой оптической системы и метода корреляции цифровых изображений, экспериментальное исследование предельного напряженно-деформированного состояния квазихрупкого материала, а именно оргстекла, предшествующего разрушению. Исследована эволюция неоднородных полей деформаций в телах с концентраторами, проведен анализ конфигурации неоднородных полей деформаций в образцах с концентраторами. В работе автором осуществлена регистрация продольной и поперечной деформации с использованием дополнительного модуля программного обеспечения видеосистемы «виртуальный экстензометр», отражены основные преимущества «виртуального экстензометра». Показана высокая эффективность применения цифровой оптической системы для изучения напряженно-деформированного состояния квазихрупкого материала, математический аппарат данной системы основан на методе корреляции цифровых изображений.

Бесплатно

Экспериментальное исследование структуры меди при квазистатическом сдвиговом нагружении

Михайлов Е.В., Леонтьев В.А.

Статья научная

Описываются оборудование, методика и результаты экспериментального исследования структуры меди при больших сдвиговых деформациях. Внутренняя структура изучается на травленых шлифах с использованием интерферометрического микроскопа NewView 5000. Исследованы вид и характерные размеры полос скольжения. Построены диаграмма деформации.

Бесплатно

Экспериментальное исследование усталости порошковых композитов на основе технически чистого железа

Бабушкин Андрей Викторович

Статья научная

Приводится описание методик экспериментальных исследований порошковых пористых макроизотропных материалов на основе компактированного технически чистого железа. Испытания образцов порошковых композитов на усталость проводились как в условиях «простых» видов нагружения (изгиб при жестком и мягком нагружении, кручение), так и при нагружении, одновременно сочетающем в одном процессе два «простых» вида (изгиб с кручением, растяжение с кручением). Методики реализовывались по отношению к одному классу материалов, на протяжении нескольких лет, на основе принципиально различной материальной базы - испытательных машин. В работе также приведены методы анализа НДС в образцах, статистически обработанные результаты испытаний, построены кривые усталости равной вероятности. Приведен краткий анализ при сопоставлении результатов испытаний, проведенных в разных условиях.

Бесплатно

Экспериментальное исследование усталостной долговечности алюминиевого сплава при растяжении с кручением

Сафонов Игорь Вячеславович, Третьяков Михаил Павлович, Вильдеман Валерий Эрвинович

Статья научная

Работа посвящена экспериментальному исследованию циклической долговечности алюминиевого сплава Д16Т в испытаниях на сложное нагружение при растяжении с кручением. Представлены результаты испытаний при осевом циклическом нагружении в условиях наличия постоянной составляющей касательного напряжения. Величина постоянной составляющей касательного напряжения τ по отношению к пределу текучести при кручении τ 03, определенному в статических испытаниях, изменялась в диапазоне от 0 до 0,7. Испытания выполнены на двух уровнях амплитуды осевых напряжений (250 МПа и 280 МПа). Получены экспериментальные данные зависимости числа циклов до разрушения при различной величине постоянной составляющей касательного напряжения. Отмечено, что при увеличении амплитуды осевого напряжения влияние постоянной составляющей касательного напряжения снижается.

Бесплатно

Экспериментальное исследование фрактальных закономерностей роста усталостной трещины и диссипации энергии в ее вершине

Банников Михаил Владимирович, Федорова Анастасия Юрьевна, Терехина Алена Игоревна, Плехов Олег Анатольевич

Статья научная

Статья посвящена исследованию зарождения и распространения усталостных трещин в титановых сплавах методом инфракрасной термографии при циклической нагрузке и с помощью анализа поверхности разрушения. Проведены две серии экспериментов на плоских гладких и на образцах с предварительно выращенной усталостной трещиной. Исследована пространственная и временная эволюция температуры в вершине трещины, определена форма пластической деформации и интенсивность тепловыделения. На основании результатов сравнительного анализа экспериментальных данных и уравнений линейной механики разрушения показано, что пространственная форма и характер диссипации тепла в зоне вершины трещины не соответствуют простой теоретической модели. В работе экспериментально получен эффект охлаждения за счет упругой деформации материала, а также исследованы особенности распределения напряжений в вершине трещины. Высокоскоростная съемка (на частоте 1 кГц) позволила определить интенсивность и форму зоны рассеиваемой энергии из-за пластической деформации в вершине трещины, а также сравнить скорость диссипации энергии для различных уровней напряжения. Разрушенные образцы исследовались с помощью электронного микроскопа и интерферометра New View для определения скейлинговых закономерностей образования и роста трещины. Полученные результаты позволяют нам проверить существующие модели неупругой деформации в вершине трещины, а также улучшить методы контроля накопления микроповреждений в процессе усталостного деформирования.

Бесплатно

Экспериментальное обоснование критериев прочности волокнистых композитов, проявляющих направленный характер разрушения

Полилов Александр Николаевич, Татусь Николай Алексеевич

Статья научная

Волокнистые композиты со слабой полимерной матрицей или непрочными поверхностями раздела «волокно-матрица» обнаруживают некоторые специфические направленные механизмы разрушения (расслоения, расщепления, скол вдоль волокон, полосу сдвига - кинк и др.), и для численного описания этих видов разрушения необходимы нетрадиционные подходы, новые специальные модели разрушения и критерии прочности, учитывающие взаимодействие нормальных и касательных напряжений на плоскости разрушения. Показано, что использование простых линейных критериев прочности позволяет лучше интерпретировать экспериментальные данные и оценивать в опытах прочностные параметры целостности композитных структур, которые можно использовать при проектных расчетах композитных элементов конструкций.

Бесплатно

Экспериментальное обоснование определяющих соотношений для аморфного полимера с памятью формы при больших деформациях

Тихомирова К.А., Труфанов Н.А.

Статья научная

Целью настоящей работы является экспериментальное обеспечение ранее предложенной авторами модели для описания термомеханического поведения стеклующихся полимеров при больших деформациях. Для этого проведен ряд термомеханических испытаний образцов из эпоксидной смолы с относительно слабой сшивкой, для которой в размягченном состоянии возможно проявление больших деформаций. Проведено три серии экспериментов на приборе ДМА в режиме приложения регулируемой осевой сжимающей нагрузки и изменяющейся температуры с измерением продольного перемещения. Целью первой серии испытаний являлось обоснование выбора упругого потенциала для описания поведения рассматриваемого материала. Для этого производилось деформирование образцов в размягченном состоянии с постоянной скоростью нагружения. Сделан вывод о применимости потенциала Пенга-Ландела для описания процесса деформирования эпоксидной смолы. Вторая серия включала ряд установочных экспериментов для нахождения параметров модели. Производился нагрев образцов с постоянной скоростью под постоянной сжимающей нагрузкой. Приведено сравнение результатов при различных значениях скоростей и нагрузок. Описана методика определения параметров модели. Часть параметров принята константами материала; для других получена линейная аппроксимация зависимости от скорости изменения температуры и уровня нагрузки. Третья серия представляет собой проверочный эксперимент, в качестве которого выбран цикл памяти формы. Выполнена аппроксимация экспериментальных данных численной моделью с использованием параметров, найденных в ходе установочного эксперимента. Показана хорошая согласованность результатов эксперимента с численным расчетом. В статье также дан краткий обзор наиболее распространенных экспериментальных схем, реализующих цикл памяти формы.

Бесплатно

Экспериментальное определение величин раскрытия берегов искусственного надреза при растяжении композитной пластины с отверстием

Писарев В.С., Елеонский С.И.

Статья научная

Представлены результаты определения величин раскрытия искусственного надреза, моделирующего трещину в реальном композиционном материале, с помощью метода электронной спекл-интерферометрии (ESPI). Главная особенность представленного подхода заключается в том, что прецизионные оптико-интерференционные измерения величин раскрытия проводятся непосредственно на берегах надреза. Визуализированы картины интерференционных полос высокого качества, вызванные локальным удалением материала между двумя экспозициями. Полученные данные обеспечивают количественное описание полей чисто деформационных перемещений, как в «ближнем поле», так и в дальней окрестности вершины надреза. На этой основе построены распределения раскрытия надреза по его длине при растяжении прямоугольной композитной пластины с отверстием. Надрез состоит из двух ветвей, которые направлены в противоположных направлениях от точек пересечения контура отверстия и короткой оси симметрии прямоугольной пластины. Растягивающая нагрузка действует перпендикулярно линии надреза. Показано, что последовательность нанесения двустороннего надреза практически не влияет на результаты измерений компонент перемещений. Экспериментальные данные получены для надрезов различной длины при различных уровнях внешней нагрузки. Построены зависимости средних значений раскрытия надреза в его начальных точках от усредненной длины надреза и величин внешних растягивающих напряжений. Полученные зависимости, демонстрируют явную нелинейность процесса деформирования в нерегулярной зоне образцов как при изменении длины надреза, так и внешней нагрузки. Приведенные данные представляют значительный интерес с точки зрения верификации расчетных методов, используемых при определении параметров механики разрушения для трещин в композитных конструкциях.

Бесплатно

Экспериментальное определение деформационных характеристик негорючего композиционного материала на основе минеральных вяжущих

Карпова Татьяна Владимировна

Статья научная

С целью определения группы горючести и деформационных характеристик при нормальных и повышенных температурах проведены испытания образцов на основе жидкого стекла с различными армирующими материалами. Установлено, что композиты, армированные стекломатом, являются негорючими (имеют категорию пожарной опасности НГ). Материалы, матрицей которых является жидкое стекло, армированное стекломатом и базальтовой тканью, в диапазоне температур 20-700 °С демонстрируют более стабильные свойства по сравнению с композитами на основе полиэфирных смол.

Бесплатно

Экспериментальное определение диссипативных свойств электровязкоупругих систем с внешними электрическими цепями

Юрлов Максим Александрович

Статья научная

Прикрепленные к поверхности конструкции пьезоэлементы с шунтирующими цепями образуют рассеивающее энергию устройство для повышения диссипативных свойств механической системы. Благодаря пьезоэлектрическому эффекту часть механической энергии колебаний преобразуется в электрическую энергию, которая может быть рассеяна. Данная работа посвящена экспериментальному исследованию эффективности гашения колебаний конструкций с пьезоэлементами, зашунтированными внешними пассивными электрическими цепями. Исследованы резистивные и резистивно-индукционные цепи. Рассматривается консольная стальная балка с прикрепленными к ее поверхности пьезоэлементами, подверженная внешнему гармоническому воздействию. Сопротивление и индуктивность шунтирующей электрической цепи варьируются до достижения максимального гашения колебаний первой и/или второй моды колебаний. Доказано, что представленная методика позволяет значительно снизить вибрации при наличии в цепи индуктивности по сравнению с чисто резистивной цепью. Желание избежать требуемых при этом больших катушек индуктивности привело к использованию синтетических индуктивностей - гираторов (собранных из операционных усилителей).

Бесплатно

Экспериментальное определение полей динамических деформаций в металлических и композитных пластинах при ударе

Нихамкин М.Ш., Воронов Л.В., Болотов Б.П.

Статья научная

Цель исследования состоит в разработке и верификации методики экспериментального определения динамических полей деформации при изучении процессов ударного повреждения и разрушения пластин. Разработана экспериментальная установка, реализующая динамическое нагружение исследуемой пластины при высокоскоростном столкновении с ударником и определение полей динамических деформаций на поверхности пластины. Использован метод корреляции цифровых изображений (Digital Image Cоrelation) в сочетании со скоростной видеосъемкой, реализованный в аппаратно-программном комплексе Vic-3D. Проведены две серии экспериментов, различающиеся материалом и размерами исследуемых пластин-образцов, материалом и скоростью ударника. Приведены результаты экспериментального определения полей динамических деформаций на поверхности алюминиевой пластины при высокоскоростном соударении со сферическим стальным ударником и пластины из углепластика при соударении с ледяным ударником. Результаты представлены в виде покадровой записи полей компонент тензора динамических деформаций и временных зависимостей для деформаций в отдельных точках пластины. Реализованы скорости деформации до 1,5*·10 3 с --1. Получена оценка деформации при высокоскоростном разрушении исследованного углепластика. Достоверность полученных методом корреляции цифровых изображений результатов подтверждена непосредственным измерением остаточных деформаций в пластине. Описанная методика позволяет получать детальную экспериментальную информацию о процессах высокоскоростного деформирования металлов и композиционных материалов. Эта информация представляет интерес для экспериментальной верификации моделей деформационного поведения и разрушения материалов при высоких скоростях деформации. В частности, она дает возможность получать необходимые для верификации моделей деформирования и деформационных критериев разрушения данные при двухосном напряженном состоянии. Методика может быть использована для отработки расчетных методов и экспериментального изучения закономерностей баллистического повреждения и разрушения ответственных элементов конструкций типа пластин, в частности, при повреждении посторонними предметами деталей самолетов и двигателей, пробивании бронезащиты.

Бесплатно

Экспериментальное определение полей у вершины трещины: метод голографической интерферометрии и метод корреляции цифровых изображений

Анисимов Г.С., Степанова Л.В.

Статья научная

Рассматриваются вопросы реконструкции поля напряжений у вершин системы горизонтальных и наклонных трещин в линейно упругой среде с помощью результатов экспериментальных исследований, проведенных интерференционно-оптическими методами: методом голографической интерферометрии и методом корреляции цифровых изображений. Эксперимент нацелен на построение многокомпонентного асимптотического разложения М. Уильямса с удержанием регулярных (неособых) слагаемых ряда для пластин, ослабленных двумя взаимодействующими трещинами. Для восстановления коэффициентов ряда М. Уильямса были использованы картины абсолютной разности хода (изодромы), позволяющие с помощью закона Фавра определить главные напряжения в окрестности вершины трещины. С помощью метода корреляции цифровых изображений для ряда конфигураций образцов с трещинами определены поля деформаций. Экспериментальная информация, полученная двумя интерференционно-оптическими методами, использована для вычисления коэффициентов многопараметрического асимптотического разложения М. Уильямса. Предложена новая вариация переопределенного метода, ориентированная на линеаризованный закон Фавра, и позволяющая отыскать посредством итерационной процедуры коэффициенты асимптотического ряда М. Уильямса (обобщенные коэффициенты интенсивности напряжений), опираясь на результаты поляризационно-оптических измерений. Для верификации результатов обработки всей совокупности экспериментальных данных дополнительно проведен вычислительный эксперимент с помощью метода конечных элементов, что позволило вычислить обобщенные коэффициенты интенсивности напряжений, опираясь на поля напряжений, найденные методом конечных элементов. Предложена модификация переопределенного метода, основанная на применении исключительно полей напряжений, ассоциированных с вершиной трещины, определяемых из конечно-элементного решения. Показано, что коэффициенты ряда М. Уильямса, определенные с помощью натурного и вычислительного эксперимента, хорошо согласуются между собой.

Бесплатно

Экспериментальные исследования влияния повреждаемости стали на закономерности распространения поверхностных волн

Иляхинский А.В., Родюшкин В.М.

Статья научная

Рассматривается вопрос о мониторинге процесса накопления поврежденности путем контроля акустических свойств металла. Целью работы является разработка доступной в производственных условиях ультразвуковой технологии оценки технического состояния металла до его разрушения. Исследовалась возможность создания «индикатора поврежденности», используя в качестве датчика высокочастотную упругую поверхностную волну. Ультразвуковая технология зондирования, применяемая в данной работе, была ориентирована на расширении спектра зондирующего сигнала, что позволило повысить точность измерений. В качестве параметра, характеризующего внутреннее трение, использован коэффициент формы акустического зондирующего импульса и в качестве альтернативы - время прохождения волной фиксированного расстояния в металле. Демонстрационные эксперименты проведены на плоских образцах из предварительно отожженной стали марки Ст10. Циклические испытания проводились на универсальной испытательной машине фирмы TiniusOIlsenLtd, модель H100KU, обеспечивающей погрешность измерения нагрузки 0,5 %. Образцы были подвергнуты 50 циклам мягкого нагружения с амплитудой напряжения в цикле 0,6; 0,7 и 0,8 от условного предела текучести при постоянной скорости перемещения активного захвата 5 мм/мин. В основе методики анализа формы зондирующего импульса лежит обращение наблюдаемого сигнала из изменения амплитуды во времени в распределение по амплитуде и получение на основе этого обращения параметров априори выбранной статистической модели распределения Дирихле. Вычислялся параметр самоорганизации формы импульса, характеризующий изменение структуры зондирующего импульса. Изменение напряжения нагружения в цикле приводит к значимому изменению параметра самоорганизации формы зондирующего сигнала. Получена линейная связь между коэффициентом поглощения упругой энергии и показателем самоорганизации формы зондирующего импульса. Показано, что скорость распространения поверхностной волны для разных режимов нагружения меняется незначительно и не может служить признаком, характеризующим внутреннее трение. Результаты демонстрируют возможность характеризовать величину упругого гистерезиса, являющуюся одной из мер внутреннего трения в твёрдых телах, посредством измерения коэффициента формы акустического зондирующего импульса поверхностных волн.

Бесплатно

Экспериментальные исследования влияния повышенных и высоких температур на прочностные и деформационные свойства комбинированных стеклоорганопластиков

Лобанов Д.С., Бабушкин А.В.

Статья научная

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.

Бесплатно

Экспериментальные исследования полимер-силикатных нанокомпозитов с помощью атомно-силового микроскопа

Гаришин Олег Константинович, Морозов Илья Александрович, Шадрин Владимир Васильевич

Статья научная

Методами атомно-силовой микроскопии проведено исследование рельефа и локальных механических свойств полимер-силикатных нанокомпозитов. Основным объектом для изучения был выбран полиэтилен ПЭ 107-02К, наполненный ультратонкими слоистыми частицами модифицированной глины Cloisite 20A. Разработана оригинальная методика подготовки поверхности образца к АСМ-сканированию. В результате специального режима термической обработки в полиэтилене происходило сначала расплавление кристаллитов, а затем их восстановление (рекристаллизация). Таким образом, кристаллитные образования на поверхности становились более заметными, а нанесенные при изготовлении образца микроповреждения исчезали. В результате исследована наноструктура поверхности таких материалов. Построены АСМ-сканы рельефа, жесткости и адгезии. Установлено что наибольшая жесткость и практически нулевая адгезия характерны для частиц нанонаполнителя. Аморфная фаза была наименее жесткой, но обладала наибольшей адгезионной способностью. Жесткостные и адгезионные характеристики кристаллитов лежали где-то посредине. Кристаллиты, выходящие на поверхность образца, представляли собой образования из нескольких слабоизогнутых пачек параллельных пластин толщиной 30–60 нм с мягкой аморфной фазой в зазорах. Количество этих слоев варьировалось в пределах от 10 до 20 штук.

Бесплатно

Экспериментальные исследования полимерных композиционных материалов в широком диапазоне скоростей деформации

Конев С.Д., Константинов А.Ю., Сергеичев И.В.

Статья научная

Представлен обзор методов испытаний полимерных композиционных материалов при высоких скоростях деформации с целью получения механических характеристик прочности и упругости. Отдельное внимание уделено вопросам покрытия диапазонов скоростей деформации, соответствия напряжённо-деформированного состояния (НДС) ожидаемому, соответствия моды разрушения ожидаемой. Изложение материала проходит в парадигме «подход, конфигурация, метод», где под конфигурацией подразумевается геометрия образца и вспомогательной оснастки, подход заключается в создании простой конфигурации со сложным напряженно-деформированным состоянием (неклассический подход) или сложной конфигурации, обеспечивающей однородное НДС (классический подход), а метод есть комбинация конфигурации и испытательного оборудования. Такое изложение позволяет систематизировать большое количество экспериментальных методов, наметить пути их дальнейшего развития. Также представлены оригинальные методики и результаты испытаний, проведённых авторами с целью обогащения экспериментального инструментария и расширения покрываемого диапазона скоростей деформации. В частности, существенно расширен диапазон скоростей деформации для испытаний однонаправленных углепластиков на растяжение вдоль волокна за счёт применения конфигурации намотанного кольцевого образца в методах гидравлической раздачи кольца (получены скорости деформации порядка 5·102 с-1) и электрического взрыва проводника (получены скорости деформации 1,5·104 с-1). Диапазон скоростей деформации для растяжения поперёк волокна также был расширен за счёт испытаний на плосковолновой удар. В ходе эксперимента, для скорости растяжения 1,5·104 с-1 получены значения прочности в 45 и 55 МПа, что в два с половиной раза больше, чем прочность в статическом эксперименте.

Бесплатно

Экспериментальные исследования термодинамики динамического деформирования и баллистических закономерностей пробивания

Соковиков Михаил Альбертович, Чудинов Василий Валерьевич, Ляпунова Елена Аркадьевна, Уваров Сергей Владимирович, Плехов Олег Анатольевич, Наймарк Олег Борисович

Статья научная

Работа посвящена экспериментальному изучению деформационного поведения материалов при динамическом нагружении. Проведено исследование поведения крупнозернистого и субмикрокристаллического титана на разрезном стержне Гопкинсона-Кольского с одновременной термографией образца в реальном режиме времени с целью определения доли диссипированной энергии. Исследовалось поведение стали при динамическом растяжении при температурах 22 и 250 °С. Изучено пробивание преграды в виде формирования и выноса пробки при скоростях 101-260 м/с. На установке по исследованию пробивания были исследованы образцы из алюминия марки 6061. После эксперимента образцы подвергались микроструктурному анализу с помощью оптического интерферометра-профилометра и сканирующего электронного микроскопа с последующей обработкой 3D-данных деформационного рельефа.

Бесплатно

Экспериментальный метод определения трещиностойкости расщепления полимерных волокнистых композитов

Полилов А.Н., Чернов Д.В., Власов Д.Д., Плугатарь Т.П., Баландин Т.Д.

Статья научная

Исследован метод оценки трещиностойкости полимерных волокнистых композитов в терминах критического коэффициента интенсивности напряжений (КИН) в момент зарождения трещины расщепления у вершины поперечного надреза при четырехточечном изгибе образцов из однонаправленного углепластика. В дополнение к методу анализа нелинейности диаграмм нагружения, принятому в линейной механике разрушения, разработаны методы акустической эмиссии (АЭ), корреляции цифровых изображений (КЦИ) и численной обработки экспериментальной диаграммы, что позволило более корректно определять момент зарождения трещины расщепления. Обработку диаграмм нагружения с целью определения момента локального снижения приложенной нагрузки, соответствующего образованию продольной трещины расщепления, осуществляли методом скользящего окна на основе значения среднеквадратического отклонения нагрузки от аппроксимирующей функции. Этот момент определяли методом АЭ с применением алгоритмов анализа разладки временных рядов. В качестве наиболее информативных АЭ-параметров, используемых для решения поставленной задачи, были выбраны средние значения длительности и удельной энергии зарегистрированных импульсов. В результате разделения критериальной плоскости на три характерных сегмента, каждый из которых был сформирован различными по природе источниками АЭ, определен момент разладки временных рядов, коррелирующий с моментом образования трещины расщепления в композитном образце и с формированием нового сегмента. Для верификации полученных результатов с помощью анализа полей деформаций у вершины надреза использовали метод КЦИ. В результате совместной обработки потока импульсов АЭ, диаграммы деформирования и полей деформаций было определено среднее для серии образцов значение критической нагрузки, соответствующее образованию трещины расщепления в композите, и через эту нагрузку рассчитана трещиностойкость расщепления углепластика в терминах критического КИН у вершины нанесенного надреза.

Бесплатно

Экспресс-оценка усталостной прочности композитных фланцев методом инфракрасной термографии

Нихамкин М.Ш., Соломонов Д.Г.

Статья научная

При проектировании изделий из полимерных композиционных материалов, работающих в условиях вибраций, приходится проводить специальные трудоемкие и длительные испытания, чтобы получить характеристики сопротивления разрушению вследствие многоцикловой усталости. В ответственных случаях для учета влияния конструктивных и технологических факторов проводят испытания натурных деталей или типовых элементов конструкций. Для ускоренной оценки усталостной прочности материалов активно развивается метод инфракрасной термографии, основанный на использовании эффекта саморазогрева, сопровождающего появление и накопление усталостных повреждений. Цель настоящей работы состояла в разработке методики экспресс-оценки предела выносливости фланцев из слоистого полимерного композиционного материала с использованием метода инфракрасной термографии. Объектом исследования является образец, вырезанный из натурной композитной оболочки с фланцем. Разработана методика исследования, основанная на блочном циклическом нагружении образцов на электродинамическом вибростенде. В процессе нагружения поддерживается постоянной амплитуда деформаций образца в каждом блоке, регистрируется поле температур на его поверхности с помощью инфракрасной камеры. Для оценки предела выносливости были использованы два параметра, характеризующие саморазогрев образца в каждом блоке нагружения: скорость нагрева в начале блока и значение стабилизационной температуры в конце блока. Их определяли по термограммам и осредняли по наиболее нагруженной зоне образца. Скорость нагрева в начале блока и стабилизационная температура в конце блока резко возрастают, когда амплитуда деформации в блоке нагружения превышает предел выносливости. Полученные по обоим этим параметрам значения предела выносливости согласуются между собой и с результатами стандартных усталостных испытаний. Разработанная методика позволяет получить приближенную экспресс-оценку предела выносливости типовых элементов композитных конструкций в условиях многоцикловой усталости.

Бесплатно

Журнал