Міцність авіаційних оболонок із композитів з урахуванням робочого середовища та експлуатаційного пошкодження

Abstract

Дослідження проводились на поліпропіленових та епоксидних зразках армованих склотканиною та вуглетканиною, виготовленими за термовакуумною та автоклавною технологіями. Визначались базові механічні характеристики досліджуваних матеріалів за рядом стандартів ISO. Проводилось визначення кількості адсорбованої рідини досліджуваними пластиками. Встановлювався вплив рідин на появу пошкоджень у композиті. Визначався вплив рідини на границю міцності, модуль пружності та критичний коефіцієнт інтенсивності напружень матеріалів з урахуванням температури. Досліджено короткотривалу повзучість та релаксацію полімерних композитів під квазістатичним навантаженням. Проведено експериментально-теоретичне дослідження на епоксидних склопластикових та вуглепластикових оболонках різної товщини та типу армування із поліпропіленовим лейнером. Визначався вплив робочої рідини, температури, геометричних розмірів та типу армування на границю міцності та модуль пружності матеріалу оболонки. Проведено дослідження характеристик міцності оболонок із пошкодженням у розглянутих умовах та проведено аналогічні експерименту числові розрахунки у програмі ANSYS. Запропонована модель поведінки полімерних текстильно-армованих композиційних оболонкових конструкцій при впливі робочого середовища під внутрішнім тиском з урахуванням температури в часовому діапазоні 0 –1000год. Результати дисертаційної роботи впровадженні у практику проектування та виробництва.

Исследования проводились на полипропиленовых и эпоксидных образцах армированных стеклотканью и углетканью, изготовленными по термовакуумной и автоклавной технологии. Определялись базовые механические характеристики исследуемых материалов по ряду стандартов ISO. Проводилось определение количества адсорбированной жидкости исследуемыми пластиками. Устанавливалось влияние жид-костей на появления повреждений в композите. Определялось влияние жидкости на предел прочности, модуль упругости и критический коэффициент интенсивности напряжений материалов с учетом температуры. Проведено исследование кратковременной ползучести и релаксации полимерных композитов под квазистатической нагрузкой. Проведено экспериментально-теоретическое исследование на эпоксидных стеклопластиковых и углепластиковых оболочках различной толщины и типа армирования с полипропиленовым лейнером. Определялось влияние рабочей жидкости, температуры, геометрических размеров и типа армирования на предел прочности и модуль упругости материала оболочки. Проведено исследование характеристик прочности оболочек с повреждением в рассматриваемых условиях и проведены аналогичные эксперименту численные расчеты в программе ANSYS. Предложена модель поведения полимерных текстильно-армированных композиционных оболочечных конструкций при воздействии рабочей среды под внутренним давлением с учетом температуры во временном диапазоне 0 – 1000 ч. Результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования и производства.

Research was carried out on polypropylene and epoxy specimens reinforced by fiberglass and carbon fiber developed using thermal-vacuum and autoclave technology. Manufacturing technology of composite specimens is developed. Basic mechanical properties of the studied materials were determined according to series of ISO standards using strain recording system and test machines FP-10 and Instron 8801. Determination of amount of adsorbed liquid by the investigated plastics exposed to these fluids for 1000 hr. was carried out. Influence of liquids on appearance of damage in the composite was established. Influence of the liquid on strength, modulus of elasticity and critical stress intensity factor of considered materials taking into account temperature is determined. Influence of through thickness braiding on mechanical properties of material with adsorbed liquid is established. Experimental dependences of the investigated mechanical properties under considered conditions from temperature were obtained and numerical calculations similar to the experiment were performed. Short-term creep and relaxation of polymer composites under quasistatic load are studied. The following hypothesis is proposed: influence of liquid on mechanical properties of material depends from amount and type of adsorbed liquid. Experimental-theoretical research was also carried out on epoxy fiberglass and carbon fiber composite shells of different thicknesses and type of reinforcement with polypropylene liner. Influence of operational fluid, temperature, geometric dimensions and type of reinforcement on strength of the shells and elastic modulus of the shells was determined. An experimental study of durability properties of shells with damage under considered conditions was conducted and numerical calculations were conducted in ANSYS program according to experiment. Approach is based on influence of fluids on mechanical properties of shell material, which is proven by experimental data. A behavior model of polymeric textile-reinforced composite shell structures under influence of operational environment and internal pressure, taking into account a temperature in 0 – 1000 hr. time range is proposed. Results of dissertation are implemented into design practice and production.