ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ ТКАНЕВОГО УГЛЕПЛАСТИКА ПРИ УЛЬТРАМАЛОЦИКЛОВОМ РАСТЯЖЕНИИ ВДОЛЬ ОСНОВЫ

Представлены результаты экспериментальных исследований деформирования, акустической эмиссии и накопления микроповреждений в тканевом углепластике полотняного переплетения при циклическом растяжении вдоль нитей основы. Измерения деформаций проведены с помощью оптического экстензометра, обеспечивающего точное позиционирование образца вдоль направления нагружения. Программа нагружения предусматривала до 100 циклов растяжения с коэффициентом асимметрии R=0,1 с последующим дорывом. Все образцы выдержали программу предварительного циклического нагружения. Максимальные значения напряжений в циклах соответствовали 25…90 % от статического предела прочности. Выявлено, что в процессе циклического растяжения происходит одностороннее накопление деформаций (циклическая ползучесть). Накопленная деформация немонотонно зависит от максимального напряжения в цикле, возрастая до 600 МПа и снижаясь при больших напряжениях. Анализ кинетики деформирования в циклах выявил рост касательного модуля, что связано, очевидно, с распрямлением волокон. При дорыве отмечено повышение на 5–10 % остаточной прочности в сравнении с пределом прочности при однократном нагружении. Явления акустической эмиссии происходят как в полуциклах растяжения, так и в полуциклах разгрузки, эффект Кайзера не наблюдается. Циклические испытания при температуре 80 °С показали резкое снижение числа акустических событий и исчезновение событий в средних диапазонах частот. Это связано с тем, что нагрев приводит к снижению остаточных технологических напряжений в элементах мезоструктуры тканевого композита, вызывая изменения в процессе возникновения микроповреждений поперек волокон и на сдвиг в местах переплетения нитей основы и утка. Разрушение образцов во всех случаях происходит при достижении продольными деформациями величины 1,50 ± 0,06 %. Это может служить основой для прогнозирования прочности при других программах циклического нагружения.

ULTRA-LOW-CYCLE TENSION OF FABRIC CFRP ALONG THE WARP

The paper presents the results of experimental studies of deformation, acoustic emission and accumulation of micro-damages in plain weave fabric carbon fiber reinforced plastic (CFRP) under cyclic tension along the warp threads. Strain measurements were carried out using an optical extensometer, which ensures accurate positioning of the specimen along the loading direction. The loading program included up to 100 stretching cycles with an asymmetry coefficient of R = 0.1 followed by failure. All specimens passed the pre-cyclic loading program. The maximum stress values in the cycles corresponded to 25...90 % of the static tensile strength. It is revealed that in the process of cyclic tension, a one-sided accumulation of strain (cyclic creep) occurs. The accumulated strain depends nonmonotonically on the maximum stress in the cycle, increasing to 600 MPa and decreasing at high stresses. Analysis of the strain kinetics in cycles revealed an increase in the tangential modulus, which is obviously due to the straightening of the fibers. During rupture, an increase of 5–10 % in residual strength was noted in comparison with the ultimate strength under single loading. Acoustic emission phenomena occur both in half-cycles of stretching and in half-cycles of unloading, the Kaiser effect is not observed. Cyclic tests at a temperature of 80 ° C showed a sharp decrease in the number of acoustic events and the disappearance of events in the medium frequency ranges. This is due to the fact that heating leads to a decrease in residual technological stresses in the mesostructure elements of the fabric composite, causing changes in the process of micro-damage across the fibers and to a shift in the places where the warp and weft threads intertwine. In all cases, the failure of the specimens occurs when the longitudinal strain reach a value of 1.50 ± 0.06%. This can serve as a basis for predicting strength in other cyclic loading programs.