КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ПЛАСТИНЕ ИЗ СЛОИСТОГО УГЛЕПЛАСТИКА СО СВОБОДНЫМ ОТВЕРСТИЕМ В УСЛОВИЯХ МНОГОЦИКЛОВОЙ УСТАЛОСТИ

Сведения об авторах
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация

Аннотация

Отверстия, неизбежные в конструкциях из полимерных композиционных материалов, становятся концентраторами напряжений, снижающими прочность конструкции, особенно в условиях вибраций, когда прочность определяется сопротивлением усталостному разрушению. Для исследования влияния концентрации напряжений на сопротивление многоцикловой усталости слоистого углепластика в настоящей работе применяется метод инфракрасной термографии. Цель работы состояла в разработке ускоренной методики определения предела выносливости образцов с отверстиями в рамках термографического метода, а также получении экспериментальных данных об усталостной прочности и чувствительности к концентрации напряжений таких элементов в условиях многоцикловой усталости. Объектом исследования является изготовленный по технологии RTM углепластика на основе равнопрочной ткани из углеволокна с эпоксидным связующим. Разработка методики состояла в выборе оборудования, количества, амплитуды и продолжительности блоков, зоны и параметров регистрации температуры, методики обработки результатов. Проведен анализ полей температуры саморазогрева образцов в процессе циклического нагружения. Методом цифровой корреляции изображений получены поля деформаций на поверхности образца вблизи отверстия. Установлено, что наиболее активный саморазогрев происходит в X-образной зоне вблизи отверстия, где максимальны сдвиговые деформации. Это свидетельствует о интенсивном накоплении усталостных повреждений в этой зоне в рассматриваемом углепластике. Получены экспериментальные данные о пределах выносливости образцов с отверстием при одноосном растяжении с коэффициентом асимметрии цикла 0,1. Определены эффективные коэффициенты концентрации напряжений в исследованных образцах и коэффициент чувствительности к концентрации напряжений. Установлено, что для исследованного углепластика характерна низкая чувствительность к концентрации напряжений, наличие отверстия незначительно снижает предел выносливости образцов из углепластика с рассмотренной схемой армирования. Разработанная методика ускоренной оценки влияния концентрации напряжений на сопротивление многоцикловой усталости углепластика методом инфракрасной термографии позволяет многократно снизить количество испытываемых образцов и продолжительность испытаний по сравнению с традиционными усталостными испытаниями с получением кривой усталости.

Ключевые слова

полимерные композиционные материалыуглепластикмногоцикловая усталостьинфракрасная термографияпредел выносливостичувствительность к концентрации напряженийэкспериментальная механика

Литература

  1. 1.Полилов А.Н., Татусь Н.А. Биомеханика прочности волокнистых композитов // М.: ФИЗМАТЛИТ. – 2018. – 328 с. Scholar
  2. 2.Ендогур А.И., Кравцов В.А. Идеология проектирования авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов // Труды МАИ. – № 81. – 2015. – С.1-13. Scholar
  3. 3.Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.П. Справочник по сопротивлению материалов // «Наукова Думка». – Киевм. – 1975. – 704 с. Scholar
  4. 4.Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин // Справочник. М., Машиностроение. – 1979. – 702 с. Scholar
  5. 5.Ермаков И.С., Сухомлинов Л.Г., Шиврин М.В. Численный анализ распределения напряжений вокруг круговых отверстий в тонких ортотропных упругих пластинах при одноосном положении // Космонавтика и ракетостроение. – 2020. – № 1 (112). – С. 59-68. Scholar
  6. 6.Горбачев В. И., Некрасов В. В.. Концентрация напряжений в слоистой плоскости с эллиптическим вырезом // Чебышевский сборник. – 2023. – т. 24. – вып. 1. – с. 253–263. DOI: 10.22405/2226-8383-2023-24-1-253-263 Scholar
  7. 7.Полилов А.Н. Механизмы уменьшения концентрации напряжений в волокнистых композитах // Прикладная механика и техническая физика. – 2014. – Т. 55. – № 1. – с.187 – 197. Scholar
  8. 8.Лешков Е.В., Сапожников С.Б. Экспериментальное исследование прочности гибридных полимерных композитов с концентратором напряжений // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. – 2020. – Т.1. – С. 108-118. Scholar
  9. 9.Strungar E. M., Wildemann V. E. Inelastic deformation and destruction of fiber-laminated polymer composites in stress concentration zones// Frattura ed Integrità Strutturale. – 53. – 2020. – p. 406-416. Scholar
  10. 10.Mirzaei A.M., Mirzaei A.H., Shokrieh M.M., Sapora A., Cornetti P. Fatigue life assessment of notched laminated composites: Experiments and modelling by Finite Fracture Mechanics // Composites Science and Technology. – 2024. – V.246. – P. 110. Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 6, 2025)
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
29.12.2025
В выпуске
29.12.2025
Выпуск
№ 6 (2025)
Поделиться