Исследование кинетики процесса отверждения тонкостенной конструкции из углепластика

Приведены методика и пример расчета баллона высокого давления, изготовленного из углепластика по технологии намотки и предназначенного для использования в конструкциях беспилотных летательных аппаратов. Особенность конструкции баллона заключается в переменной толщине, вследствие чего могут возникнуть градиенты температур, остаточные напряжения и уменьшиться прочность. Предложена методика оценки значений кинетики процесса отверждения, учитывающая влияние выделяемого количества теплоты. Моделирование проведено в программе ESI PAM-RTM. Установлено, что на начальном этапе процесса отверждения температура и степень отверждения в тонкой части изделия выше, чем аналогичные характеристики в его толстой части. С повышением степени отверждения в результате экзотермической реакции происходит изменение температурных полей, что приводит к увеличению значений температуры и степени отверждения на участках изделия большей толщины. Для выравнивания значений градиентов температур и степени отверждения на всех участках изделия предлагается проводить нагрев с различной скоростью. В результате проведенных исследований установлены оптимальные технологические режимы, обеспечивающие минимальные значения градиентов температур

Литература

[1] Резник С.В., Просунцов П.В., Новиков А.Д. Перспективы повышения размерной стабильности и весовой эффективности рефлекторов зеркальных космических антенн из композиционных материалов. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2018, № 1, с. 71--83. DOI: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2018-1-71-83

[2] Васильев В.В., Тарнопольский Ю.М. Композиционные материалы. М., Машиностроение, 1990.

[3] Зуев А.С., Емашев А.Ю., Шайдурова Г.И. Анализ особенностей изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом намотки. Формообразующие оправки. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2018, № 3, с. 4--13. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2018-3-4-13

[4] Каблов Е.Н., Чурсова Л.В., Лукина Н.Ф. и др. Исследование эпоксидно-полисульфоновых полимерных систем как основы высокопрочных клеев авиационного назначения. Клеи. Герметики. Технологии, 2017, № 3, с. 7--12.

[5] Резник С.В., Просунцов П.В., Михайловский К.В. и др. Моделирование прогрева связующего полимерных композиционных материалов с использованием СВЧ-излучения. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2018, № 12, с. 83--92. DOI: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2018-12-83-92

[6] Иванов Н.В., Гуревич Я.М., Хасков М.А. и др. Изучение режима отверждения связующего ВСЭ-34 и его влияния на механические свойства. Авиационные материалы и технологии, 2017, № 2, с. 50--55.

[7] Мараховский П.С., Баринов Д.Я., Чуцкова Е.Ю. и др. Отверждение многослойных полимерных композиционных материалов. Часть 2. Формование толстостенной плиты стеклопластика. Все материалы. Энциклопедический справочник, 2018, № 6, с. 7--14.

[8] Баринов Д.Я., Майорова И.А., Мараховский П.С. и др. Математическое моделирование температурных полей при отверждении толстостенной плиты стеклопластика. Перспективные материалы, 2015, № 4, с. 5--14.

[9] Беляков Е.В., Тарасов В.А., Боярская Р.В. Выбор режимов формования композитных конструкций ракетно-космической техники. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2012, № 5, c. 37--43.

[10] Borodulin A.S., Marycheva A.N., Malysheva G.V. Simulation of impregnation kinetics of fabric fillers in the production of fiberglass articles. Glass Phys. Chem., 2015, vol. 41, no. 6, pp. 660--664. DOI: https://doi.org/10.1134/S1087659615060036

[11] Маунг П.П., Малышева Г.В. Моделирование кинетики процесса пропитывания при производстве рефлекторов зеркальных космических антенн из углепластиков. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2016, № 5, с. 38--47. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2016-5-38-47

[12] Romeo G., Danzi F., Cestino E., et al. Design and optimization of a composite vessel for hydrogen storage subject to internal pressure and in-flight loads for UAVs. IJAS, 2013, vol. 3, no. 2, pp. 124--137.

[13] Xiao X., Wang J., Huang J., et al. A new approach to study terrestrial yardang geomorphology based on high-resolution data acquired by unmanned aerial vehicles (UAVs): A showcase of whaleback yardangs in Qaidam Basin, NW China. EPP, 2018, vol. 2, no. 5, рр. 398--405. DOI: https://doi.org/10.26464/epp2018037

[14] Сарбаев Б.С. Расчет силовой оболочки композитного баллона давления. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.

[15] Чэнь Я., Мараховский П.С., Малышева Г.В. Определение теплофизических свойств эпоксидных материалов в процессе их охлаждения. Труды ВИАМ, 2018, № 9. DOI: https://doi.org/10.18577/2307-6046-2018-0-9-119-123

[16] Маунг П.П., Малышева Г.В. Отработка технологии изготовления рефлектора космической антенны. Все материалы. Энциклопедический справочник, 2017, № 5, с. 11--15.