Для создания композиционных материалов используются два компонента: ленточные и тканые армирующие наполнители из углеродных или стеклянных волокон и связующая их смола. Процесс начинается с выкладки слоев пропитанного смолой наполнителя на формообразующую оснастку под строго заданными углами.
Инженеры МАИ исследовали механизмы разрушения композитов для повышения безопасности самолетов
Ученые Московского авиационного института (МАИ) изучили, как схема укладки и тип полимерных композиционных материалов влияют на их устойчивость к трещинам. Результаты исследования повысят безопасность авиационных конструкций.
Magnific
После этого заготовку помещают в вакуумный мешок, из которого откачивают воздух, — так осуществляется спайка слоев. Окончательное формование происходит в при нагревании под давлением, превышающим атмосферное: полимерная матрица из наполнителей отверждается, излишки связующей смолы выдавливаются, и материал уплотняется.
Продолжение ниже
Видео
Продолжение
Зачем самолетам композиты
В самолетостроении из композиционных материалов изготавливают верхние и нижние панели консолей крыла, лонжероны, обшивку фюзеляжа и другие детали. Они могут подвергаться ударному воздействию как на взлете или посадке, так и во время полета. Это приводит к возникновению трещин между слоями композита. Характер роста таких дефектов напрямую зависит от свойств материала и схемы армирования — то есть того, как расположены в нем ленты или ткани из углеродных и стеклянных волокон.
В рамках проекта были проведены испытания различных конфигураций ленточных и тканых армирующих наполнителей при одинаковом связующем, а также их укладок параллельно (под углом 0°) и под углом 45° (крест-накрест) к основному направлению, то есть к длинной стороне образца. Цель исследования — понять, какие укладки слоев дают возможность надежнее прогнозировать поведение деталей из полимерных композиционных материалов в процессе эксплуатации.
«Результаты показали, что укладки крест-накрест могут быть неприменимы в некоторых случаях из-за эффекта мостикования, когда при раскрытии трещины отдельные волокна остаются "перекинутыми" между двумя половинками образца, как мостики, и не дают трещине разрастаться. Это создает дополнительное сопротивление и искусственно завышает показатели прочности. Для более надежного прогнозирования лучше использовать укладку под углом 0°. Также использование стекловолокна оказалось на 25% эффективнее, чем использование углепластика. Полученные данные подтвердили уже существующие математические модели», — рассказал Николай Кононов, один из авторов исследования.
Понимание свойств композитов позволит не только анализировать поведение уже разработанных материалов, но и прогнозировать характеристики новых. Разработанная методика может использоваться авиастроительными компаниями и конструкторскими бюро.
Загружаем