Ученые Пермского Политеха решили проблему неточности расчета свойств деталей авиакосмического транспорта
рубрика: наука
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. Ученые Пермского Политеха разработали алгоритм определения свойств объемноармированных структур, чтобы снизить риск неточностей в расчетах при проектировании авиакосмических деталей.
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.
Рис.1. Образец с установленными пьезоэлектрическими датчиками акустической эмиссии
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника». Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Российского Научного Фонда (РНФ №23-29-00931) и соответствует ключевым направлениям развития программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Рис.2. Принцип выявления объективных значений прочности при нагружении 3D-углепластиков
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.
Рис.3. Структура углепластика, продольный шлиф
Рис.4. Структура улепластика, поперечный шлиф
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.
