Сегодня в авиастроении часто используют полимерные композиционные материалы, но они склонны к расслоению. Поэтому для их укрепления применяют специальные 3D-ткани. Ученые Пермского Политеха впервые провели комплексные испытания таких композитов на прочность. По их словам, изучение процессов деформирования и разрушения позволит сделать современные самолеты более долговечными и надежными.
Разработка ученых Пермского Политеха улучшит 3D-ткани для укрепления самолетов / ©Getty images
Результаты работы ученые опубликовали в журнале IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Исследование проведено при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований. Его инициатором выступило одно из промышленных предприятий Пермского края, которое уже внедрило результаты в производство.
«Традиционные полимерные композиты в ряде случаев не всегда могут обеспечить необходимую прочность: материал может со временем расслаиваться. Чтобы избежать этого недостатка, используют 3D-ткани – материалы с пространственно-армированными наполнителями. Но при этом могут изменяться другие важные свойства таких «сложных» композитов.
Поэтому мы провели комплексный анализ механических характеристик 3D-тканей, чтобы выявить их «слабые места». Это позволит в будущем сделать самолеты более прочными и долговечными», – рассказывает научный сотрудник Центра экспериментальной механики, кандидат физико-математических наук Елена Струнгарь.
По словам исследователя, многослойные углеродные ткани объемного плетения используют в качестве армирующего материала углепластиков. Они работают в сложных и жестких условиях – при воздействии высокоскоростных аэродинамических потоков, вибрации и высоких температур.
Например, эти материалы применяют в производстве «черного крыла» самолета МС-21. В перспективе ближайших 3-5 лет их будут использовать и в конструкциях фюзеляжей и двигателей современных самолетов, считает Елена Струнгарь.
Ученые впервые провели всестороннее исследование механических характеристик композитов на основе углеволокна и эпоксидного связующего. С помощью современного оборудования Центра экспериментальной механики Пермского Политеха они изучили процессы деформирования и разрушения материалов различных схем армирования.
В ходе эксперимента ученые испытывали 3D-ткани с разными типами переплетения: изучали способность материала выдерживать разрывы, скручивания, сжатия и удары. После каждого эксперимента исследователи анализировали данные, полученные на лабораторных установках, записи видеосистемы и искали под стереомикроскопом повреждения. В результате ученые получили карты «слабых мест» 3D-тканей — областей, на которых скапливалось больше всего дефектов после внешних воздействий.
