 |
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: 355
Страна: Россия
| Ученая ПНИПУ предложила новую структуру эмоционального интеллекта, ПНИПУ, 11:56, 22.02.2026, |
105 |
| Концепция эмоционального интеллекта широко применяется в психологии: в диагностике, обучении, кадровом отборе. Однако её теоретический фундамент не учитывает саму способность чувствовать. Учёная Пермского Политеха предложила дополнить модель новым элементом — проживанием эмоций. Это позволит точнее диагностировать состояние человека и изучать имитацию чувств. |
|
| Ученые Пермского Политеха нашли способ точнее прогнозировать поведение генов, ПНИПУ, 11:50, 22.02.2026, Россия |
98 |
| Человечество научилось читать ДНК и редактировать гены, но создать полноценную генетическую программу все еще остается трудной задачей. Ученые Пермского Политеха впервые создали модель, которая позволяет более достоверно описать процессы, происходящие в реальных клетках, и проектировать надежные генетические программы. |
|
| Ученый Пермского Политеха рассказывает про парад планет 2026 года, ПНИПУ, 11:35, 22.02.2026, Россия |
19 |
| 28 февраля шесть планет выстроятся в небольшом секторе неба: Меркурий, Венера, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, создавая «парад». Часть из них можно увидеть без телескопа. Ученый Пермского Политеха расскажет о причинах выравнивания, наблюдении и гравитационном воздействии. |
|
| Ученые Пермского Политеха поделились полезными фактами о батарейках, ПНИПУ, 11:30, 22.02.2026, Россия |
22 |
| 18 февраля отмечается День батарейки. Ученые ПНИПУ рассказали, как устроены батарейки и почему они со временем теряют заряд, какие из них подходят только для простых приборов, а какие запускают в космос, можно ли пользоваться батарейками после истечения срока годности и как их правильно утилизировать. |
|
| Ученая Пермского Политеха рассказывает, что ждет малый бизнес в 2026, ПНИПУ, 11:28, 22.02.2026, Россия |
20 |
| За год в России закрылось 35 тысяч заведений общепита. Налоговая реформа меняет правила игры, рынок избавляется от слабых игроков. Ученая Пермского Политеха рассказывает, кому из предпринимателей выжить сложнее всего, какие сферы пойдут в рост и почему понятие «средний бизнес» может исчезнуть навсегда. |
|
|
|
