WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 14 |

Способы оценки работоспособности изделий из композиционных материалов методом компьютерной томографии

-- [ Страница 1 ] --

МОСКОВСКАЯ АКАДЕМИЯ РЫНКА ТРУДА И ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ

На правах рукописи

ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ

СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ

КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ

ТОМОГРАФИИ

Специальность:

05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И.

Москва Содержание Введение

Глава 1. КМ и основные технологии, применяемые в технологическом процессе изготовления изделий

1.1. Обзор научных работ, посвященных проблематике неразрушающего контроля изделий из КМ

1.2. Основные характеристики КМ

1.3. Основные технологические процессы изготовления изделий из КМ...... 1.4. Классификация основных дефектов КМ

Глава 2. Методы контроля изделий из КМ

2.1. Обзор существующих методов НК

2.1.1. Оптические методы контроля

2.1.2. Акустические методы НК

2.1.3. Тепловые методы контроля

2.1.4. Радиоволновой метод неразрушающего контроля

2.1.5. Радиационные методы контроля

2.2. Преимущества и недостатки существующих методов НК

2.3. КРТ как современный метод НК изделий из КМ

Глава 3. Основные направления применения КРТ в качестве метода НК изделий из КМ

3.1. Контроль изготовленных изделий и агрегатов из КМ

3.2. НК технологических, элементарных и конструктивно-подобных образцов из КМ

Глава 4. Влияние дефектов внутренней структуры КМ, обнаруживаемых на этапе НК, на свойства изделия

4.1. Оценка изменения физико-механических свойств КМ при наличии дефектов внутренней структуры материала вида «расслоение»

4.2. Построение математической модели повреждений армирующей структуры на примере образца из однонаправленного КМ

4.3. КЭ моделирование повреждений внутренней структуры изделий из КМ и верификация теоретических и экспериментальных данных на примере однонаправленных образцов из КМ

Глава 5. Применение КРТ для оптимизации процессов технологического изготовления изделий из КМ

5.1. Факторы влияния технологии на качество конструкций из КМ............... 5.2. 3D-картина внутренней структуры изделий из КМ как способ оценки качества технологических процессов изготовления

5.3. Разработка мероприятий по ремонту поврежденных конструкций по данным НК с помощью КРТ

Заключение

Список литературы и использованных источников

ИК – инфракрасное КЛТР – коэффициент линейного температурного расширения КМ – композиционный материал КРТ – компьютерная рентгеновская томография КЭ – конечно-элементное НДС – напряженно-деформированное состояние НИР – научно-исследовательская работа НК – неразрушающий контроль ОК – объект контроля ПКМ – полимерный композиционный материал СВЧ - сверхвысокочастотный СКО – среднеквадратичное отклонение ТЗ – техническое задание УФ – ультрафиолетовое Цели и задачи, предмет и объект исследования В настоящее время композиционные материалы (КМ) на полимерных и металлических матрицах находят всё более широкое применение в различных отраслях промышленности в качестве конструкционных материалов. Внедрение КМ обусловлено стремлением использовать их преимущества по сравнению с традиционно используемыми металлами и сплавами. Уникальность композиционных материалов проявляется в их высоких значениях удельной жесткости (отношения модуля упругости к плотности) и удельной прочности (отношения предела прочности к плотности), химической и коррозионной стойкости к агрессивным средам, анизотропии свойств и возможности их варьирования для наилучшего восприятия действующих нагрузок. Внедрение КМ в конструкцию различных агрегатов и узлов позволяет снизить массовые характеристики изделия, увеличить ресурс и срок службы, уменьшить издержки, связанные с обслуживанием композитных конструкций в эксплуатации.

Разработка новых энерго- и ресурсосберегающих технологий для изготовления деталей и агрегатов из КМ способствует снижению себестоимости изделий, уменьшению издержек, меньшему негативному влиянию на окружающую среду.

Расширение использования композитов в различных отраслях связано с возможностью реализации таких свойств КМ, как:

Повышенная вибрационная стойкость, что позволяет использовать КМ в зонах действия повышенных вибрационных нагрузок;

Высокий коэффициент затухания волн в КМ, что обеспечивает надежное гашение вибраций, особенно высокого значения декремента затухания колебаний возможно достичь при применении в вибропоглощающих конструкциях органопластиков – материалов на основе пара- и метаарамидных волокон и полимерных связующих;

Хорошие демпфирующие свойства стеклопластиков, базальтопластиков и органопластиков, что позволяет применять КМ в качестве материала демпферов, защитных кожухов, корпусов и гасителей ударных динамических воздействий на узлы;





Высокие значения шумопоглощения, что позволяет снизить вредное акустическое воздействие на обслуживающий персонал;

Высокие прочностные и жесткостные свойства конструкционных углепластиков, что дает возможность применять КМ в средне- и высоконагруженных узлах и агрегатах;

Химическая и коррозионная стойкость КМ, что позволяет внедрять подобные материалы в эксплуатацию в агрессивных средах;

Высокая усталостная прочность, обусловленная анизотропией свойств композиционных пластиков, в том числе слоистых, что приводит к наличию у КМ высоких коэффициентов трещиностойкости, и как следствие, к высоким параметрам усталостной прочности.

В то же время композитам присущи высокие жесткостные и прочностные свойства в направлении армирования – ориентирования волокон – что достигается применением материалов на основе углеродных, борных волокон и тонких металлических проволок. Удельные прочностные и жесткостные характеристики однонаправленных КМ в несколько раз выше по сравнению с традиционными материалами, что позволяет разрабатывать из КМ конструкции высоконагруженных деталей и узлов, несущих элементов конструкций, изделий с высокой весовой отдачей.

Применение КМ в ответственных деталях, агрегатах и изделиях накладывает на них весьма жесткие требования по прочности, выносливости, усталости, ресурсу и ремонтопригодности. Для удовлетворения предъявляемых условий требуется использовать высококачественные исходные материалы, соблюдать технологические процессы изготовления изделий, применять современные методы неразрушающего контроля (НК).

КМ – это неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, среди которых можно отметить армирующие элементы (волокна), определяющие необходимые механические характеристики материала, и матрицу (связующее), обеспечивающую совместную работу армирующих элементов. КМ имеет два уровня неоднородности, один из которых связан с наличием различных компонентов – матрицы и волокон (микронеоднородность), другой – с наличием в материале различных образом ориентированных микронеоднородных слоёв».

Таким образом, одно из отличий КМ от традиционных конструкционных материалов состоит в том, что в композите можно выделить две фазы – армирующую и матричную. Соответственно наличие различных по своей природе компонентов предъявляет к КМ высокие требования по контролю состояния внутренней структуры изделия. В рамках технологического процесса изготовления узлов и агрегатов из КМ необходимо проведение следующих контрольных операций:

Входного контроля качества исходных компонентов КМ по физическим и химическим показателям;

Контроль качества по операциям в технологическом процессе изготовления материала конструкции;

Выходного послеоперационного контроля качества изготовления КМ и состояния внутренней структуры изделия;

Инспекционного контроля изделий, находящихся в эксплуатации.

Оценка качества волокнистой и матричной составляющей КМ на этапе входного контроля позволяет оценить вероятность появления различных дефектов внутренней структуры изделия, в то же время выходной и инспекционный контроль позволяют оценить следующие параметры:

Степень соблюдения параметров технологического процесса – температуры, давления, времени выдержки и т.д.;

Наличие технологических дефектов волокон (порывы, складки, замятия, отклонения от углов выкладки и т.д.), связующего (объемные поры, микро- и макротрещины, инородные включения) и материала в целом (расслоения, непроклеи и т.д.);

Размер и положение повреждений внутренней структуры, что в сочетании с методиками оценки влияния дефектов на свойства КМ позволяет судить о ресурсе изделия в целом, допустимости действующих эксплуатационных и расчетных нагрузок, необходимости ремонтных процедур и т.д.

Цели и задачи работы. Объект и предмет исследования Целью работы является разработка способов оценки работоспособности изделий из КМ с помощью высокоточного метода НК – компьютерной рентгеновской томографии (КРТ). Для достижения данной цели сформулированы следующие задачи работы:

анализ эффективности применения КРТ для изделий из КМ на различных этапах жизненного цикла изделия;

разработка критериев оценки работоспособности изделия из КМ с выявляемыми с помощью КРТ повреждениями внутренней структуры;

разработка теоретических моделей влияния внутренних дефектов композита на физико-механические характеристики материала изделия с верификацией результатов экспериментов и конечно-элементного (КЭ) моделирования в среде программного комплекса MSC.Nastran/Patran;

разработка принципов внедрения КРТ на этапе технологической отработки изделия и использования результатов, получаемых с помощью томографии, для совершенствования технологического процесса изготовления конструкции из КМ;

анализ эффективности использования КРТ для разработки ремонтных мероприятий для композитных конструкций на примере трансверсальнопрошитых КМ.

Объектом исследования являются детали, узлы, агрегаты и изделия из КМ на полимерных матрицах и непрерывных волокнах различной природы, применяемые в различных отраслях промышленности и народного хозяйства.

Предметом исследования являются дефекты и повреждения внутренней структуры КМ, оказывающие влияние на физические, механические, технологические, эксплуатационные и иные характеристики изделия в целом.

Актуальность работы, научная новизна, теоретическая и практическая Актуальность работы заключается в необходимости получения качественной и полноценной информации о состоянии внутренней структуры конструкций из КМ, оценке влияния дефектов различного вида и природы на свойства материала, в том числе прочностные и жесткостные, разработке мероприятий по совершенствованию технологических процессов изготовления изделий из КМ, что позволяет снизить брак на производстве, повысить качество выпускаемой продукции, увеличить ресурс конструкций.



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 14 |
 









 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.