 |
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: 371
Страна: Россия
| «Швабе» взял девять медалей на международном салоне «Архимед», Холдинг «Швабе» Госкорпорация Ростех, 15:52, 03.04.2026, Россия |
52 |
| Специалисты холдинга «Швабе» Госкорпорации Ростех выиграли девять медалей – по три золотых, серебряных и бронзовых - на XXIX Московском международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед». Конкурсное жюри отметило разработки шести предприятий холдинга в сфере медицинского приборостроения, тепловизионной техники и создания высокотехнологичных оптических устройств. |
|
| Ученый Пермского Политеха рассказал, почему у людей бывают глаза разного цвета, ПНИПУ, 00:41, 03.04.2026, Россия |
97 |
| 31 марта отмечается необычный праздник – День гетерохромии. Это состояние, при котором радужки одного человека окрашены в разные цвета, всегда привлекало внимание. Эксперт ПНИПУ объясняет, что такое гетерохромия, почему она возникает, какие существуют виды и возможно ли изменить цвет глаз. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали, как психологически подготовить школьника к ЕГЭ, ПНИПУ, 21:57, 31.03.2026, Россия |
229 |
| Стресс перед экзаменами знаком каждому выпускнику, но за обычным волнением часто скрываются ловушки, которые могут сломать подготовку. Ученые Пермского Политеха объясняют, что такое нормальное волнение, как распознать гипертревогу, почему подростки теряют уверенность и как близким поддержать детей, а не навредить им. |
|
| Ученая Пермского Политеха рассказала, как правильно ухаживать за кожей лица весной, ПНИПУ, 20:29, 28.03.2026, Россия |
285 |
| С приходом весны кожа, ослабленная зимними холодами, нуждается в особой заботе. Ученая ПНИПУ рассказала, когда доставать весеннюю косметику, обязательно ли менять гели на интенсивные, какие компоненты должны содержаться в увлажняющих продуктах, пользоваться ли SPF и что, если на привычную косметику началась аллергия. |
|
|
|
