WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |

Способы оценки работоспособности изделий из композиционных материалов методом компьютерной томографии

-- [ Страница 12 ] --

Рис.41.Томографический срез области "панель-стенка-панель". Глубина Рис.42.Томографический срез области "панель-стенка-панель". Глубина В области верхнего перехода монослоёв с панели на стенку на выявлены зоны частичного незаполнения полости жгутом,. В области нижнего перехода обнаружено смещение жгута круглого сечения в правую сторону зоны с множественными областями непропитки. Также видны зоны расслоений на радиусе перехода монослоёв, что может свидетельствовать о недостаточном давлении формования при производстве.

Рис. 43.Томографический срез по стенке панели На рисунке 43 отчетливо видны зоны непропитки в стенке и полках и расслоения в области переходов монослоёв, что свидетельствует о низком качестве изготовленного образца, содержащего большое количество технологических дефектов, и необходимости совершенствовать технологический процесс изготовления данной конструкции.

5.3. Разработка мероприятий по ремонту поврежденных конструкций по Результаты НК как исходные данные для разработки мероприятий по ремонту поврежденных изделий из КМ Действующие на конструкции из КМ эксплуатационные нагрузки могут приводить к появлению повреждений внутренней структуры материала, что, в свою очередь, снижает ресурсные характеристики изделия и уровень допустимых действующих силовых потоков. Проведение регулярного инспекционного контроля с помощью современных методов НК позволяет выявить имеющиеся внутренние дефекты, локализовать их положение и определить линейные геометрические размеры.

В то же время для изделий из КМ проводится послеоперационный НК различными методами, в ходе которого определяются дефекты внутренней структуры, связанные с недостатками или несоблюдением параметров технологического процесса изготовления, нарушениями исходных компонентов КМ и т.д.В случае обнаружения дефектов различного вида проводится оценка их влияния на свойства изделия в целом и предлагаются соответствующие ремонтные мероприятия по восстановлению структуры материала и минимизации потерь несущих свойств конструкции.

Традиционные методы НК - акустические, тепловые, радиографические, визуальные, оптические и иные - позволяют определить расслоения, непроклеи между монослоями пакета КМ, трещины в матрице, инородные включения различной природы. Однако, например, ввиду особенностей метода ультразвукового НК, при наличии в структуре материала множественных расслоений по толщине образца невозможно определение и локализация всех дефектов, что показано на рис.44.

Рис.44. Картина внутренней структуры плоского образца из КМ с дефектами вида "расслоение", полученная ультразвуковым методом НК Использование КРТ в качестве метода НК позволяет получить более четкую и качественную картину поврежденности внутренней структуры, что проиллюстрировано на рис.45, представляющем собой томографический2D-срез образца из КМ на эпоксидной матрице.

Рис.45. Картина внутренней структуры образца из КМ, полученная методом Соответственно, получив картину состояния внутренней структуры исследуемой конструкции, возможно начинать проработку необходимых ремонтных мероприятий по восстановлению работоспособности изделия.

Ремонт поверхностных и приповерхностных дефектов структуры КМ Одним из распространенных дефектов узлов и агрегатов из КМ являются царапины различной глубины, которые выявляются с помощью визуального, оптического, ультразвукового и иных методов НК. Дефект вида "царапина" характеризуется линейными размерами длины и глубины. При прохождении царапины через структуру монослоя возможно повреждение волокнистой структуры материала, что ведет к локальному увеличению напряжений, при этом значение дельты-возрастания напряжений быстро снижается за счет включения перерезанных и поврежденных волокон в работу через матричную структуру.

Подобный тип дефектов, как правило, относящийся к поверхностным, определяется на томограммах при проведении НК как один из типов несовершенств внутренней структуры, не являясь при этом основным типом выявляемых повреждений.

Устранение негативного влияния царапин возможно следующими техническими решениями:

1. Обработка участка поверхности на всю длину царапины и половину её глубины в случае, если глубина царапины не превышает двух толщин монослов пакета КМ;

2. Зашкуривание поверхности в зоне царапины на всю глубину, прикатка 1-2 слоёв КМ с нахлестом в обе стороны от царапины не менее 50-60мм;

3. Нанесение в зону дефекта связующего компонента с его последующим отверждением.

Ремонт выявленных трещин в объеме материала Трещины в структуре слоистого пакета КМ могут быть межслоевыми, в структуре слоя, а также пронизывать несколько слоёв с переходами из монослоя в монослой под различными углами.

Типичная трещина, проходящая через значительный объем материала, представлена на рис.46.

Рис.46.Томография структуры КМ с идентификацией трещины, проходящей через структуру нескольких монослоёв пакета КМ.

Трещина характеризуется как одномерный объект, в котором длина во много раз превышает 2 других геометрических размера. Рост трещины обусловлен наличием поверхностной энергии в окрестностях вершины трещины.

Английский ученый Алан Арнольд Гриффитс в 1921 году опубликовал свою работу "Явление разрушения и течение твердых тел", в которой были сформулированы основные критерии трещиностойкости материалов и их разрушение.

Суть подхода А.Гриффитса кратко можно охарактеризовать следующим: "Трещина в твердом теле будет развиваться во время его деформации, если скорость освобождения потенциальной энергии деформации будет больше прироста поверхностной энергии тела в результате образования новых поверхностей".





Для того, чтобы предотвратить или замедлить дальнейший рост появившейся макротрещины, необходимо ликвидировать концентратор напряжений в вершине трещины. Этого можно добиться, например, применяя засверловку конца трещины, что снизит коэффициент действующих напряжений в области дефекта до = 3.

При необходимости проводится рассверловка и расточка тела трещины для введения клеевого состава или инъектирования связующего. В таком случае осуществляется прикатка в месте ремонта нескольких слоёв препрега, толщина которых зависит от глубины рассверловки.

Преимущества КРТ в данном вопросе заключаются в возможности точного позиционирования трещины на получаемых 3D-изображениях внутренней структуры изделия, что позволяет осуществлять операции "по месту", без излишних механических повреждений структуры материала.

Ремонтные мероприятия для расслоений пакета КМ Важным типом дефектов для слоистых КМ на полимерных матрицах является появление расслоений и непроклеев, приводящих к нарушению монолитности материала и снижению несущих свойств изделия в целом. Причины появления подобных внутренних повреждений могут быть обусловлены отклонениями от технологического процесса изготовления материала конструкции, воздействием ударных динамических нагрузок и иными факторами.

Для КМ большое значение имеет величина остаточной прочности после воздействия ударных нагрузок, которая обусловлена, в том числе, и интенсивностью образования межслоевых дефектов вида "расслоение".

Типовой 2D-срез плоского образца из углепластика после динамического воздействия с энергией 50 Дж представлен на рис.47.

Рис.47.Определение трещины в композите с помощью КРТ. Ширина трещины 0,1-0,13мм, длина трещины 28мм. Глубина залегания 3,2мм Как видно из представленной иллюстрации, энергия динамического воздействия была диссипирована объемом материала, при этом ввиду использования прошивки в направлении, перпендикулярном плоскости армирования, расслоение происходит в центральной части пакета КМ.

В рамках НИР была проведена комплексная отработка влияния поперечной прошивки КМ на его свойства. В качестве метода НК элементарных плоских образцов была использована КРТ.

Динамическое воздействие моделировалось как низкоскоростной удар на установке INSTRONDYNATUP 9250 HV методом падающего копра.

Общий вид типового образца с прошивкой представлен на рис. 48.

Рис.48.Общий вид плоских образцов с прошивкой.

Материал образцов углепластик на основе волокон HTS45 и связующегоPrism EP 2400. Номинальная толщина исследуемых образцов составляет 6,5мм. В качестве материала нитей для образования швов прошивки использована полиамидная нить высокого удлинения.

Типовая схема испытательного оборудования для нанесения ударного воздействия на исследуемые образцы показана на рис.49. Закрепление образца производится зажимами по кромкам, что имитирует ограничение перемещений по краям образца по трем степеням свободы.

Рис.49. Типовая схема для испытаний на ударное воздействие Как известно, матричная компонента КМ особенно чувствительна к динамическим воздействиям различной энергетики, поскольку площадь повреждений связующего, как правило, превосходит зону непосредственного контакта с объектом воздействия в несколько раз. Как правило, обычные (несшитые) слоистые КМ имеют низкую прочность между слоями материала, и ударное воздействие легко порождает расслоение, которое значительно ухудшает свойства материала: прочность на растяжение, прочность на сжатие, долговечность и т.д.

Остаточная прочность на сжатие после динамического воздействия (прочность на сжатие после удара) зачастую составляет менее половины от прочности на сжатие неповрежденного пакета. Поэтому для конструкций из КМ очень важным является подавление распространения повреждения от удара в том случае, когда КМ применяется в элементах, которые могут получить ударную нагрузку.

Соответственно прошивка КМ в направлении, перпендикулярном плоскости выкладки армирующей компоненты материала, является одним из эффективных методов повышения ударной стойкости слоистых композитов. Сшитые слои пакета являются своего рода трехмерно-армированным КМ. В прошитом материале стежки нитей различной природы, образующих структуру швов до отверждения связующего, направлены сквозь толщину материала, после полимеризации (отверждения) нити воспринимают нагрузки, расположенные в данном направлении, обеспечивают относительную связку монослоёв между собой для обеспечения выполнения уравнений совместности деформаций после начала расслаивания материала, и перекрывают расслоение при образовании трещин в межслоевой зоне. Результаты оценки площади зон расслоений после ударного воздействия для непрошитых и прошитых образцов по данным зарубежной печати показаны на рис.50.

Рис. 50. Зависимость площади расслоения от энергии удара (по данным зарубежных источников) Система образования типового стежка шва прошивки КМ представлена на рисунке 51.

Рис.51.Схема образования стежка прошивки Преформа плоской плиты для получения элементарных плоских образцов после осуществления прошивки показана на рис.52.

Для образцов с прошивкой в направлении, перпендикулярном плоскости армирования, значение ударной стойкости зависит от шага прошивки и величины стежка. Увеличение количества стежков на единицу поверхности изделия из КМ приводит к их более эффективному включению в работу по закрытию трещин и расслоений в структуре пакета, при этом степень вовлечения прошивки в работу и её эффективность зависят, в том числе, и от энергии внешнего воздействия. При небольшой энергии удара различия повреждений между прошитым и непрошитым образцами оказываются менее значительными, нежели при ударных испытаниях с высокой энергией воздействия.

В рамках исследований проводились испытания образцов с продольной и поперечной прошивкой с использованием КРТ в качестве метода НК. Результаты проведенного контроля свидетельствовали о различных характерах разрушения непрошитых образцов, образцов с продольной и поперечной системами прошивки.

Общий вид образца без прошивки после испытаний на сжатие после удара представлен на рис.53 - 55.



Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 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.