Деградация свойств композиционного материала при многоцикловом нагружении

Аннотация

Исследована ресурсная прочность композиционного материала. Вопросы ресурсной прочности в настоящее время актуальны, поскольку большинство существующих математических моделей, описывающих деградацию свойств композиционного материала при многоцикловом нагружении, эмпирические. Для расчета ресурсной прочности композиционных материалов необходим широкий базис натурных экспериментов. Выполнен эксперимент консольного изгиба пластины из слоистого композиционного материала с жестким нагружением свободного торца. Общее число циклов нагружения образца составило 768 000. Образец армирован однонаправленным углепластиком и плетеным органопластиком, имеет сложную схему укладки слоев со сбегом по длине. В процессе испытаний установлено снижение жесткостных свойств пакета слоев композиционного материала в зависимости от числа циклов нагружения. Уменьшение жесткости свидетельствует о зарождении и распространении трещин в матрице композиционного материала, что приводит к снижению предельных физических характеристик и, как следствие, может вызвать преждевременное разрушение образца. Полученные результаты позволяют расширить базис натурных многоцикловых испытаний композиционного материала, подверженного изгибному нагружению

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Акулин П.В., Насонов Ф.А. Деградация свойств композиционного материала при многоцикловом нагружении. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2025, № 1 (152), c. 4--13. EDN: UXYWYU

Литература

[1] Рейфснайдер К. Повреждение конструкций из композитов в процессе эксплуатации. В кн.: Прикладная механика композитов. М., Мир, 1989, с. 108--142.

[2] Кривородов B.C., Лексовский A.M. Энергоемкость процесса разрушения и прочность композиционных материалов. Механика композитных материалов, 1987, № 6, с. 999--1006.

[3] Highsmith A.L., Reifsnider K.L. Stiffness-reduction mechanisms in composite laminates. In: Damage in composite materials: basic mechanisms, accumulation, tolerance and characterization. Philadelphia, ASTM, 1982, pp. 103--117. DOI: https://doi.org/10.1520/STP34323S

[4] Jonson W.S. Mechanisms of fatigue damage in boron/aluminum composites. Technical Memorandum NASA-TM-81926. Washington, NASA, 1980.

[5] Ванин Г.А. Микромеханика композиционных материалов. Киев, Наукова думка, 1985.

[6] Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тетерс Г.А. Сопротивление полимерных и композитных материалов. Рига, Зинатне, 1980.

[7] Волков С.Д., Ставров В.П. Статистическая механика композитных материалов. Минск, БГУ им. В.И. Ленина, 1978.

[8] Канаун С.К., Чудновский А.И. О квазихрупком разрушении. Механика твердого тела, 1970, № 3, c. 185--186.

[9] Киялбаев Д.А., Чудновский А.И. О разрушении деформируемых тел. ПМТФ, 1970, № 3, c. 105--110.

[10] Мовчан А.А. Проблема прочности тонкостенных конструкций. В кн.: Вопросы прочности тонкостенных авиационных конструкций. М., МАИ, 1989, c. 20--24.

[11] Centea T., Grunenfelder L., Nutt S. A review of out-of-autoclave prepregs --- material properties, process phenomena, and manufacturing considerations. Compos. Part A Appl. Sc. Manuf., 2015, no. 70, pp. 132--154. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2014.09.029

[12] Patel N., Rohatgi V., Lee L.J. Micro-scale flow behavior, fiber wetting and void formation in liquid composite molding. Polymer Engineering and Science, 1995, vol. 35, no. 10, pp. 837--851. DOI: https://doi.org/10.1002/pen.760351006

[13] Мурашов В.В., Румянцев А.Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов и методы их выявления. Ч. 1. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов. Контроль. Диагностика, 2007, № 4, с. 23--32. EDN: HZQACJ

[14] Сапожников C.Б. Дефекты и прочность армированных пластиков. Челябинск, ЧГТУ, 1994.

[15] Senthil K., Arockiarajan A., Palaninathan R., et al. Defects in composite structures: its effects and prediction methods --- a comprehensive review. Compos. Struct., 2013, vol. 106, pp. 139--149. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.06.008

[16] Бохоева Л.А. Особенности расчета на прочность элементов конструкций из изотропных и композиционных материалов с допустимыми дефектами. Улан-Удэ, Изд-во ВСГТУ, 2007.

[17] Luat D.C., Lurie S.A., Dudchenko A.A. Modeling of degradation of the composite properties on cracking and delamination when subjected to static and cycling loading. Compos.: Mech. Comput. Appl.: Int. J., 2010, vol. 1, no. 4, pp. 315--331. DOI: https://doi.org/10.1615/CompMechComputApplIntJ.v1.i4.20

[18] Дудченко А.А., Лурье С.А. Моделирование процессов роста поврежденности и деградации механических свойств слоистых композитов. М., Изд-во МАИ, 2019.

[19] Dudchenko A.A., Lurie S.A., Halim K. Multiscale modeling on damage mechanics of laminated composite materials. Proc. Conf. on Damage in Composite Materials: Simulation and Non-Destructive Testing, 2006, pp. 23--26.

[20] Lurie S.A. On the entropy damage accumulation model of composite materials. Proc. Workshop on Computer Synthesis Structure and Properties of Advanced Composites, 1994, pp. 6--18.

[21] Soborejo A.-B.-O. Use of entropy principles in estimating reliability functions for creep rupture characteristics of engineering materials at high temperatures. Proc. Int. Conf. on Strength of Metals and Alloys, 1967, pp. 252--256.

[22] Мовчан А.А. Микромеханический подход к проблеме описания накопления анизотропного рассеянного урона. Механика твердого тела, 1990, № 3, с. 115--123.