Пермские ученые нашли факторы, влияющие на разрушение деталей при жесткой посадке самолета
В аэрокосмической, автомобильной промышленности и морском транспорте активно применяют материалы на основе полимерной смолы с добавлением углеродных волокон. Из них делают ответственные конструкции, которые из-за особенностей эксплуатации постоянно подвергаются ударам. Примером такого ущерба может быть столкновение самолета с ледяными частицами, жесткое приземление. Ученые Пермского Политеха исследовали, как разная энергия ударов о полимерные углепластики влияет на их дальнейшую «склонность» к разрушению. Это позволит более точно проектировать конструкции из этих композитов и учитывать их стойкость к ударам.
Статья опубликована в журнале Springer Nature. Исследование выполнено в рамках гранта РНФ.
Композиты – это материалы, состоящие из двух или более компонентов. Один из примеров – полимерные углепластики, популярные в авиационной и аэрокосмической отрасли. Их применяют для изготовления шасси, лопастей винтов, различных типов обшивки и так далее. Полимерную основу укрепляют углеродным волокном, чтобы повысить прочность и устойчивость к различным нагрузкам. Но несмотря на то, что она становится более надежной, она все еще подвержена рискам разрушения.
Типичный вид повреждения слоистых композитов при ударе – растрескивание. Оно считается критичным для углепластиков, ведь распространяется вдоль волокон. Это приводит к их разрыву и расслоению материала под сильным напряжением. Последствием может стать разрушение ответственной конструкции и прилегающих к ней деталей, а значит, появляется риск выхода из строя всего механизма, например, авиадвигателя.
Возможные процессы деформации композитов изучают и прогнозируют, чтобы оценить ресурс конструкций. Материалы проверяют в испытаниях на прочность современными методами, такими как акустическая эмиссия и корреляция цифровых изображений. Первый способ позволяет с помощью датчиков фиксировать сигналы упругих волн, возникающих при повреждениях. Второй обнаруживает развитие структурных дефектов благодаря высокоточным камерам. Комплексные исследования полимерных углепластиков после ударов с разной энергией на этих установках раньше не проводились.
Ученые ПНИПУ изучили, как такой материал реагирует на предварительные воздействия. Для этого образцы в виде коротких балок размером 6 × 12 × 42 мм ударялись с применением падающего груза с энергией 1, 3, 5 и 6 Дж (Джоуля). Затем проверялось, как это влияет на способность слоев композита держаться вместе и не смещаться относительно друг друга. К объектам исследования прикрепили датчики, определяющие место и характер нанесенного урона по звуковым волнам.
– Мы выявили, что чем выше предварительная нагрузка, тем больше сигналов выдают анализаторы и тем серьезнее ущерб. Типы повреждений «звучат» на определенных частотах. Низкие (50-130 кГц) показали, что материал начал трескаться внутри, средние (270-320 кГц) – что слои отделились друг от друга, а высокие (670-750 кГц) – что волокна композита разорвались. Касаемо прочности материала можно сказать, что удары с энергией 1 и 3 Джоуля (Дж) на нее практически не влияют. А вот 5 Дж становится «точкой невозврата», после которой устойчивость к сдвигу слоев падает на 50%, что критично для углепластиков, – комментирует Екатерина Чеботарева, младший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ.
Все это говорит о том, что полимерные композиты могут сохранить жесткость, несущую способность и устойчивость к сдвигу слоев при невысоких ударных воздействиях. При более сильных конструкция становится уязвимой и с большей вероятностью деформируется в процессе эксплуатации.
Исследование ученых ПНИПУ дает более полную информацию о поведении материалов ответственных конструкций разных отраслей промышленности. Учет этих данных поможет более точно спроектировать изделия из полимерных углепластиков и тем самым снизить риск их разрушения в важный момент.
Telegram 
Дзен 
VK Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Британские палеонтологи установили, что самый первый окаменелый фрагмент динозавра, когда-либо найденный в Антарктиде, принадлежал титанозавру. Эта группа длинношеих ящеров-завроподов включает в себя самых огромных сухопутных существ, когда-либо ходивших по земле.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно