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 Интриги и тайные свидания — прерогатива не только людей. В мире дикой природы тоже случаются драмы, и одна из них развернулась в лесах Северной Америки. Маленькие серые птицы, известные в науке как гаички Гамбела, долгое время считались образцом супружеской верности, но на деле оказались хитрыми стратегами. Они заводят потомство не только от постоянного партнера, но и от самца-соседа с определенным набором качеств. Авторы нового исследования попытались выяснить, что толкает самок на измену и как это влияет на выживание всего вида.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
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