ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДОПУСТИМЫХ ДЕФЕКТОВ КОНСТРУКЦИОННОГО СТЕКЛОПЛАСТИКА НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ КРИТИЧЕСКИХ РАССТОЯНИЙ

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
  • Назарбаев Университет, Астана, Республика Казахстан

Аннотация

В процессе производства изделий из композитных материалов может возникнуть множество дефектов: трещины, сколы, царапины, вмятины, дефекты ударного характера, воздушные макровключения и другие. Такие дефекты могут существенно снизить как статическое, так и усталостное сопротивление конструкций. Целью данной работы является определение размеров дефектов, не влияющих на прочностные характеристики изделий из композитного материала СТЭФ, с использованием точечного и линейного подходов теории критических расстояний. В ходе работы были проведены серии испытаний на растяжение плоских образцов из конструкционного стеклотекстолита электротехнического назначения СТЭФ. Помимо проведенного эксперимента было осуществлено также численное моделирование процессов растяжения данных образцов. Исследуемые образцы представляли слой полоски без концентраторов напряжений и с концентратором в виде V-образных вырезов с различным радиусом скругления в вершине концентратора и глубиной выреза. Полученные результаты использовались для определения констант материала по теории критических расстояний. При этом были использованы два подхода теории критических расстояний: линейный и точечный. Для анализа результатов эксперимента были построены конечно-элементные модели с использованием программного пакета ANSYS и проведено численное моделирование, результатом которого стали полученные линеаризированые максимальные главные напряжения на центральной линии, проходящей через вершину концентратора напряжений. По результатам работы определены значения критических расстояний композита, полученные с использованием точечного и линейного методов. На основе полученных данных установлены размеры допустимых дефектов исследуемого стеклопластика, которые не оказывают влияние на прочностные характеристики материала. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования прочностных характеристик реальных изделий со сложной геометрией, а также для диагностики повреждённых элементов конструкций.

Ключевые слова

численное моделированиетеория критических расстоянийкомпозиционные материалырастяжение.

Литература

  1. 1.Tashkinov M.A. Modelling of fracture processes in laminate composite plates with embedded delamination // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2017. – Vol. 39. – P. 248–262; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.39.23 Scholar
  2. 2.Repair of damage in aircraft composite sound-absorbing panels / A.N. Anoshkin, V.Yu. Zuiko, M.A. Tashkinov, V.V. Silberschmidt // Composite Structures. – 2015. – Vol. 120. – P. 153– 166. DOI: 10.1016/j.compstruct.2014.10.001 Scholar
  3. 3.Cantwell W.J., Morton J. The significance of damage and defects and their detection in composite materials: a review // The Journal of Strain Analysis for Engineering Design. – 1992. – Vol. 27(1). – P. 29–42. Scholar
  4. 4.Armstrong K.B., Cole W., Bevan G. Care and repair of advanced composites. – London: SAE International, 2005. Scholar
  5. 5.Evaluation of Repair Efficiency in Structures Made of Fibrous Polymer Composite Materials / A.N. Anoshkin [et al.] // Mechanics of Composite Materials. – 2014. – Vol. 50, № 3. – P. 311–316. Scholar
  6. 6.Strungar E., Lobanov D., Wildemann V. Evaluation of the Sensitivity of Various Reinforcement Patterns for Structural Carbon Fibers to Open Holes during Tensile Tests // Polymers. – 2021. – Vol. 13, № 24. – P. 4287. Scholar
  7. 7.Neuber H. Theory of notch stresses: principles for exact calculation of strength with reference to structural form and material. 2nd ed. – Berlin: Springer Verlag, 1958. Scholar
  8. 8.Peterson R.E. Notch sensitivity / Sines G., Waisman J.L., editors // Metal fatigue. – New York: McGraw Hill, 1959. – P. 293–306. Scholar
  9. 9.Tanaka K. Engineering formulae for fatigue strength reduction due to cracklike notches // Int. J. Fract., 1983. – Vol. 22. – P. 39–45. DOI: 10.1007/BF00942722 Scholar
  10. 10.Lazzarin P., Tovo R., Meneghetti G. Fatigue crack initiation and propagation phases near notches in metals with low notch sensitivity // Int J Fatigue. – 1997. – Vol. 19. – P. 647–57. DOI: 10.1016/S0142-1123(97)00091-1 Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 4, 2023)
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
05.10.2023
В выпуске
05.10.2023
Выпуск
№ 4 (2023)
Поделиться