В последние годы в строительстве авиакосмического транспорта активно используют композиты, в том числе полимерные материалы с объемным армированием. Такие структуры повышают сопротивление сдвигу и расслоению. Однако их внедрение повышает риск снижения прочности материалов. Стандартные методики определения механических характеристик для композитов могут быть непригодны из-за их существенного отличия от традиционных материалов, на которые ориентированы стандарты. Ученые Пермского Политеха разработали алгоритм определения свойств объемноармированных структур, чтобы снизить риск неточностей в расчетах при проектировании авиакосмических деталей.
В ПНИПУ решили проблему неточного расчета свойств деталей самолетов и ракет / © Unsplash+, Unsplash
Объемно-армированные композиты обладают серьезными преимуществами перед традиционными. Но при этом существуют риски снижения прочности, которые необходимо отслеживать и учитывать при расчетах.
Это позволит инженерам принимать правильные конструкторские и технологические решения и обеспечивать безопасность и надежность ответственных изделий. Из-за отличий от обычных материалов, существующие алгоритмы определения механических характеристик не эффективны. Для перспективных материалов нужны новые алгоритмы.
Ученые Пермского Политеха провели экспериментальное исследование и разработали такой алгоритм для объемноармированных полимерных композиционных материалов авиационного назначения с учетом их реальных физических изменений при нагрузке.
«Эксперименты проводились на образцах 3D-углепластиков, – композитов, особенно актуальных для производства ответственных конструкций аэрокосмической техники. Для исследования мы взяли шесть образцов углепластика с разными способами переплетения и изучили изменение деформаций в процессе их нагружения. Анализ включал метод корреляции цифровых изображений, акустической эмиссии (техническая диагностика, основанная на возникновении упругих колебаний) и тепловизионного сканирования», – пояснил Андрей Бабушкин, кандидат технических наук, доцент кафедры «Экспериментальная механика и конструкционное материаловедение» ПНИПУ.
Результаты эксперимента показали, что свойства объемноармированных полимерных материалов при воздействии нагрузки принципиально отличаются от свойств обычных и должны быть учтены по специально созданным для них методикам в рамках стандартных испытаний. На основе результатов ученые Пермского Политеха разработали алгоритм определения механических характеристик композитов. Это снизит риски неверного проектирования ответственных авиационных изделий, в составе которых присутствуют такие структуры.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника». Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ и соответствует ключевым направлениям развития программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
