 |
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: 314
Страна: Россия
| Ученые ПНИПУ назвали 10 неожиданных свойств наших легких, ПНИПУ, 18:37, 15.11.2025, Россия |
274 |
| 12 ноября отмечается Всемирный день борьбы с пневмонией. Ученые ПНИПУ рассказали, из-за чего легкие могут стать твердыми, как микрофлора кишечника влияет на здоровье органа, а иммунитет легких растворяет тромбы, почему меняется дыхание во время пневмонии и правда ли, что задержка воздуха полезна для тренировки мышц. |
|
| Ученые Пермского Политеха раскрыли, что стоит за трендом «бежевые мамы» и как он влияет на развитие ребенка, ПНИПУ, 21:58, 12.11.2025, Россия |
314 |
| Тренд «бежевая мама» снова набирает обороты в интернете. Так называют женщин, которые выбирают цвета — бежевый, серый, песочный, молочный — для всего, что связано с их детьми. Ученые ПНИПУ объясняют, что стоит за этим феноменом и какое влияние «бежевая среда» может оказывать на развитие ребенка. |
|
| Ученые ПНИПУ научили ИИ создавать материалы будущего, ПНИПУ, 21:55, 12.11.2025, Россия |
313 |
| Современные технологии требуют от материалов сочетания несочетаемого: например, прочности с пористостью. Это необходимо при создании костных имплантатов, авиаконструкций и систем охлаждения. Ученые Пермского Политеха разработали программу, которая создает принципиально новые структуры материалов. |
|
| Ученые Пермского Политеха развеяли мифы вокруг ретроградного Меркурия, ПНИПУ, 15:34, 11.11.2025, Россия |
171 |
| С 9 по 20 ноября продлится период «ретроградного Меркурия». В народе считается, что явление приводит к жизненных неурядицам. Что стоит за популярным понятием, действительно ли планета может влиять на нашу повседневность, или это просто иллюзия, имеющая психологические корни — рассказали эксперты Пермского Политеха. |
|
|
|
