 |
Ученые Пермского Политеха выяснили, как разрушаются детали из композита, применяемого в авиадвигателях и имплантах
Ученые ПНИПУ с помощью комбинированного метода исследовали, как деформируется структура композитной конструкции в зависимости от способа укладки волокон и надреза материала.
Композиционные изделия – это соединение двух и более материалов с разными свойствами, которые в сочетании образуют новый материал с лучшими качествами. Обычно их создают на основе полимера с внедрением внутрь волокон, которые повышают прочность изделия. Такие объекты широко применяют в аэрокосмической, строительной и медицинской отраслях. При производстве и эксплуатации сложных конструкций из композита в структуре накапливаются напряжения, которые со временем приводят к разрушению. Ученые ПНИПУ с помощью комбинированного метода исследовали, как деформируется конструкция в зависимости от способа укладки волокон и надреза материала. Результаты способствуют созданию качественных ответственных сооружений, например, деталей авиадвигателя и имплантов для замещения костной ткани.
Статья с результатами опубликована в журнале «Reinforced Plastics and Composites», 2024 год. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-79-00113).
Сложные композитные конструкции изготавливают путем соединения более простых деталей. Для их сборки и крепления друг с другом сверлят отверстия, но из-за этого образуются напряжения. При надрезе материала они концентрируются вокруг выреза, что существенно снижает прочность и срок службы изделия.
Сейчас, чтобы сократить временные и материальные затраты на экспериментальные исследования, актуально совершенствовать способы для предварительного расчета состояния и долговечности конструкции. Ученые Пермского Политеха предложили комбинированный метод, который включает в себя сразу несколько диагностических технологий: цифровую корреляцию изображений, микроскопию, регистрацию сигналов акустической эмиссии и конечно-элементный анализ. Их сочетание позволило выявить, как схемы укладки и ориентации отверстий влияют на механизм разрушения композитов.
В работе исследовались прямоугольные полимерные образцы, армированные углеродными волокнами по двум схемам – вдоль оси изделия и под углом. На них выполнили отверстия в трех вариантах направления: 0°, 90° и 45°. Испытания проводили для образцов с вырезами и без них, одновременно происходила регистрация деформаций и перемещений на поверхности.
– Мы выяснили, что укладка волокон вдоль изделия и наличие отверстий приводит к снижению средних предельных напряжений по сравнению с вариантом без вырезов. А отверстия в образцах с укладкой под углом не влияет на существенное изменение несущей способности.
Микроструктурный анализ показал, что к основным типами разрушения относятся растрескивание полимерного основания, разделение слоев и разрушение волокна, – поделилась Елена Струнгарь, старший научный сотрудник центра экспериментальной механики ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
– Во время экспериментов мы проводили запись акустико-эмиссионных сигналов от начала испытания до полного разрушения образцов. Они позволяют качественно оценить степень повреждения композита. У образцов с разной структурой армирования количество сигналов отличается. Так, например, при укладке волокон под углом они сразу достигают высокого значения и при нагрузке увеличиваются. Под микроскопом видно, что в этот момент происходит деформация проточек, вытягивание волокон, и начинается отслоение полимера от углерода, – рассказывает Екатерина Чеботарева, младший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ.
Подход ученых Пермского Политеха позволил комплексно исследовать процессы деформирования полимерных композитов, укрепленных углеродным волокном. Результаты способствуют качественному прогнозу появления повреждений в конструкции и степени ее разрушения в процессе эксплуатации.
Контактное лицо: Пермский Политех (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 20:14, 08.11.2024
Количество просмотров: 358
Страна: Россия
| Ученые Пермского Политеха рассказали, как трансформировался праздник 8 Марта за его столетнюю историю, ПНИПУ, 21:21, 11.03.2026, Россия |
15 |
| Доля россиян, воспринимающих праздник 8 Марта как политический, снизилась до 10%. Ученые ПНИПУ рассказали, как началось движение за женские права, чем отличаются суфражистки от социалисток, как идеологическая борьба проходила в России и как это повлияло на женские права. |
|
| В 2026 году клещи проснутся раньше обычного: ученые Пермского Политеха поделились фактами, которые важно знать об этих членистоногих, ПНИПУ, 23:04, 05.03.2026, Россия |
527 |
| В этом году клещи проснутся раньше обыкновенного. Ученые ПНИПУ рассказали, почему так происходит, с какими опасными их видами можно столкнуться, какие болезни они переносят, как состав слюны помогает им долго удерживаться на жертве, чем опасен укус не зараженного существа и не поздно ли поставить прививку. |
|
| Раз в 10 лет: ученый Пермского Политеха рассказал о «Поцелуе Венеры», ПНИПУ, 22:54, 05.03.2026, Россия |
36 |
| Вечером 7 и 8 марта жители России станут свидетелями редкой небесной встречи – Венера, Сатурн и Нептун сойдутся на вечернем небе воедино. Эксперт ПНИПУ объясняет, почему этот «поцелуй» планет называют прощальным, где именно искать три звезды на горизонте и кому из россиян повезет увидеть их. |
|
| Ученые Пермского Политеха развеяли миф о весеннем авитаминозе, ПНИПУ, 22:51, 05.03.2026, Россия |
35 |
| Весной многие жалуются на слабость и ломкие волосы, считая это «авитаминозом», хотя настоящая причина кроется совсем в другом. Ученые Пермского Политеха рассказали, откуда взялся этот миф, чем гиповитаминоз отличается от авитаминоза и почему заботиться о себе нужно круглый год. |
|
|
|
