WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 14 |

Способы оценки работоспособности изделий из композиционных материалов методом компьютерной томографии

-- [ Страница 9 ] --

При построении математической модели определения НДС композитной конструкции материал в зоне дефекта считается «выключенным» из работы, что приводит к необходимости перехода к расчету анизотропной панели переменной толщины.[103].

Рассмотрим основные параметры пакета КМ, имеющего дефекты внутренней структуры вида «расслоение», и их влияние на несущие свойства поврежденной композиционной конструкции.

Влияние размеров конструкции с дефектом на изменение несущей В качестве образца исследовалась плоская квадратная пластина с размером стороны из тканого равновесного стеклопластика на основе эпоксидного связующего системы М56, марка препрега М56/37%/7581.

Физико-механические свойства материала представлены в табл.9.

Применяемая укладка монослоёв имеет углы армирования 0° и 45°. Геометрическими характеристиками пластины помимо размера стороны пластины являются суммарная толщина композиционного пакета, глубина расположения дефекта вида «расслоение», относительная глубина залегания дефекта, относительная площадь расслоения, где Результаты оценки влияния линейных размеров композитной конструкции при фиксированном положении расслоения и неизменной относительно площади расслоения показаны в табл.10.

Результаты изменения коэффициента концентрации напряжений в зависимости от положения расслоения в структуре пакета показаны в табл. 11.

Увеличим толщину композиционного пакета в 2 раза для определения зависимости толщины пакета на коэффициент концентрации напряжений при неизменных линейных размерах образца и площади расслоения в зависимости от положения дефекта в структуре КМ.

Анализ полученных результатов для образцов с дефектами вида «расслоение» позволяет сделать следующие выводы:

Линейные размеры конструкции оказывают слабое влияние на коэффициент концентрации напряжений;

Толщина пакета КМ при неизменном размере дефектной зоны вида «расслоение» незначительно влияет на изменение НДС конструкции;

Для оценки степени возрастания напряжений при появлении дефекта внутренней структуры вида "расслоение" важна относительная координата положения расслоения.

Положение дефекта в структуре пакета значительно влияет на коэффициент концентрации напряжений композиционной структуры, причем в первом приближении зависимость между и является практически линейной и симметричной относительно оси симметрии композиционного пакета, что показано на рис.20:

Рис.20.Зависимость коэффициента концентрации напряжений от положения расслоения в структуре пакета КМ Влияние площади дефекта вида «расслоение» на коэффициент концентрации напряжений Дефект внутренней структуры КМ вида «расслоение» возможно обнаружить, применяя современные методы НК, соответственно относительная площадь дефекта данного типа может быть подсчитана при анализе результатов НК конструкций из КМ.

Коэффициент концентрации напряжений значительно зависит от размера расслоения, то есть от. На рис.21 приведен график роста коэффициента концентрации напряжений в зависимости от размера дефекта при его расположении в квадратной пластине с неизменными размерами при = 50%, то есть расслоение располагается в середине пакета КМ, что является случаем максимального влияния дефекта на несущую способность изделия (см. рис. 19).

Внешней нагрузкой являлось равномерное давление по всей поверхности пластины.

Рис.21.Зависимость коэффициента концентрации напряжений от площади Изменение несущих свойств конструкции из КМ с характерными дефектами внутренней структуры проявляется в сравнении прогибов неповрежденной и дефектной пластин. Появление дефектов вида «расслоение» приводит к частичному «выключению» части монослоёв в зоне внутреннего дефекта из работы по восприятию потоков действующих сил, что приводит к увеличению значений прогибов конструкции под действием нагрузки.

Оценим изменение величин прогибов на примере решения для прямоугольной квадратной пластины из КМ со стороной, равномерно нагруженной внешним давлением.

Используем решение Навье в тригонометрических рядах для данной задачи и удержим только первый член прогиба, определяемый как:

– текущая величина прогиба.

Для ортотропной пластины выражение для определения прогибов точек пластины (4.3) запишется следующим образом:

– цилиндрическая жесткость пластины в соответствующем направлении, характеризующая способность пластины деформироваться; определяется параметрами материала и системой армирования КМ.

Максимальное значение величины прогиба под действием равномерного распределенного давления находится в центре пластины,.

Подставив в (4.4) значение для и, получим выражение для определения максимального прогиба:

Используя в качестве материала равнопрочную ткань, имеющую одинаковые значения модуля упругости по основе и утку, коэффициенты Пуассона, и используя систему армирования 0°/45°, запишем выражения для цилиндрических жесткостей пакета КМ, входящих в выражение прогиба пластины:

следующем виде:

Подставим выражения для цилиндрических жесткостей (4.6) и (4.7) в выражение для максимального прогиба пластины (4.5):

Тогда, приняв неизменным положение расслоения в структуре КМ = 50%, покажем изменение максимального значения прогибов пластины с дефектом вида «расслоение» в сравнении с неповрежденной (рис. 22):

Рис.22.Зависимость коэффициента возрастания прогиба пластины от площади Как видно из приведенного графика, в первом приближении возрастание величины прогиба пластины из КМ с дефектом вида «расслоение» прямо пропорционально росту площади дефекта внутренней структуры.





Снижение несущей способности конструкции с дефектом вида «расслоение» обусловлено появлением значительных касательных напряжений в матричной составляющей КМ, через которую происходит перераспределение действующей нагрузки между монослоями композита и обеспечивается совместная работа слоёв КМ (монолитность материала).

Разрушение матрицы может привести к потере несущей способности пакета КМ даже в том случае, если волокнистая составляющая материала не исчерпала возможности по восприятию нагрузки. Возможность варьирования структуры армирования композита позволяет оценить влияние укладки пакета КМ на несущие свойства изделия с внутренними повреждениями.

На рис.23представлены результаты изменения значений концентраций различной системой армирования, нагруженных равномерным внешним давлением, нормальным к поверхности пластины. Были рассмотрены образцыпластины из тканого стеклопластика со следующей укладкой, представленной в табл. 13.

Рис.23 – зависимость коэффициента концентрации от типологии укладки и положения дефекта по толщине пакета Как видно из представленных графиков, зависимость изменения коэффициента возрастания напряжений от укладки и размера расслоения является линейной в первом приближении, при этом значение увеличения напряжений и возрастания величины прогиба зависит от объемного содержания слоёв с углом армирования ±45.

Влияние положения дефекта вида «расслоение» по глубине композитного пакета на коэффициент концентрации напряжений Положение дефекта внутренней структуры композита вида «расслоение» и «непроклей» может быть определено путем проведения НК конструкции из КМ. Использование современных методов НК, таких как ультразвуковая диагностика, метод термографии, метод КРТ, позволяет точно позиционировать дефект по глубине пакета КМ и, в случае применения КРТ, четко определять его линейные геометрические размеры.

Поскольку для конструкций из КМ важно соблюдение симметрии укладки монослоёв пакета для недопущения образования температурных поводок и коробления, примем максимальную глубину залегания расслоения равной 0, толщины пакета.

На рис.24 приведены результаты определения коэффициента концентрации напряжений в зависимости от размера расслоения и положения дефекта по глубине пакета КМ для квадратной пластины из тканого равновесного стеклопластика на связующем ЭДТ-69Н с размером стороны 200мм. Укладка, применяемая в панели, состоит из 10 монослоёв, по 5 слоёв с углами армирования 0° и 45° соответственно.

Рис.24. Зависимость коэффициента концентрации напряжений от площади и положения дефекта вида «расслоение» или «непроклей»

Анализ результатов, представленных на рисунках 19 – 23, позволяет сделать следующие выводы:

Расслоения, расположенные вблизи поверхности, имеют более слабое влияние на несущие свойства КМ и доступны для обнаружения большим количеством методов НК;

Для высоконагруженных конструкций из КМ, применяемых в авиастроении, самолетостроении, ракетной технике, граница допустимых размеров единичных расслоений по сечению составляет около 4.. 7%, что соответствует коэффициенту концентрации действующих напряжений, равному около 1,05..

1,10 на каждый случай появления межслоевого расслоения в структуре КМ.

При этом необходимо учитывать возможную множественность повреждений подобного типа и заложенные в конструкцию коэффициенты безопасности.

Современные методы НК, особенно КРТ, дают возможность получить наиболее полную картину и характер повреждений внутренней структуры.

Определив параметры дефектов вида «расслоение» (относительную площадь дефекта, положение в структуре пакета), возможно оценить влияние дефектов:

В рамках текущей задачи о влиянии расслоений значение не должно превышать заложенные в конструкцию коэффициенты безопасности, в противном случае конструкция не допускается в эксплуатацию.

Выводы:

Предложенные результаты позволяют сделать следующие выводы о перспективах использования КРТ для получения картины дефектов внутренней структуры и анализа изменения несущих свойств конструкции с помощью приближенных методик оценки влияния повреждений:

КРТ на всех этапах жизненного цикла изделия позволит получить картину внутренних дефектов конструкций (расслоений, трещин, пор) из металлов и КМ по всей толщине изделия;

Томограммы дают возможность получить положение дефектов и их линейные размеры с более высокой точностью по сравнению с другими современными методами НК;

При статических и динамических воздействиях на конструкцию из КМ возможно образование множественных локальных внутренних дефектов, для которых актуально использование КРТ в качестве метода НК;

Влияние дефектов вида «расслоение» зависит от положения и размеров повреждения в структуре пакета КМ, что показано на рис.20-24.

Использование КРТ и иных методов НК позволяет на этапе отработки технологии и опытного производства оптимизировать систему армирования в укладке КМ для наилучшего восприятия нагрузок конструкцией.

Полученные результаты позволяют выдать определенные рекомендации по проектированию изделий из КМ, работающих, в том числе, в условиях возможного кратковременного ударного динамического воздействия, что может привести к появлению расслоений:

В центральную зону пакета КМ желательно укладывать несколько слоёв материала с углом армирования ±45° для повышения модуля сдвига материала в данной зоне;

Для уменьшения энергетического воздействия на конструкционные КМ типа углепластик и боропластик, имеющих небольшие значения трещиностойкости, увеличить относительную долю слоёв с углом армирования ±45°;

Для улучшения работы защитных кожухов и экранов от динамического воздействия рекомендуется отказаться от использования в структуре пакета КМ однонаправленных монослоёв, поскольку ввиду значительной анизотропии свойств в рамках единичного (элементарного)монослоя будет происходить значительное растрескивание смолы в монослое и на границе слоёв.



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 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.