Исследователи ПНИПУ изучили, как влияет температура на поведение современных композитов. Технология позволит укрепить материалы, из которых создают ответственные конструкции для промышленности. Исследование будет полезно в производстве авиадвигателей, машиностроении и нефтегазовой отрасли, считают разработчики.
Результаты работы они опубликовали в журналах IOP Conference Series Materials Science and Engineering, Procedia Structural Integrity (1, 2) и Mechanics of Composite Materials (в печати). Исследование стало возможным благодаря гранту Российского научного фонда.
— Мы получили новые данные о закономерностях деформирования и разрушения композиционных материалов. Их поведение мы изучили в условиях, которые приближены к эксплуатационным и внештатным. Сейчас композиты повсеместно используют в ответственных конструкциях в промышленности. В отличие от классических металлов, конструкции из композитов меньше весят при том же объеме, эти материалы проще и дешевле производить. Но их механические свойства не до конца изучены, а накопленных знаний и экспериментальных данных недостаточно, — рассказывает старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ, кандидат технических наук Дмитрий Лобанов.
Чтобы создавать изделия из полимерных композитов, необходимо проанализировать, как на них влияют высокие и низкие температуры. Это важно для изучения их механических свойств и механизмов разрушения, считают ученые. Особое внимание они уделили тому, как меняются при воздействии температур прочность и упругость материалов. Диагностировать и контролировать процессы исследователям помогло измерительное и испытательное оборудование Центра экспериментальной механики ПНИПУ, которое входит в каталог уникальных научных установок. Это позволило ученым провести эксперименты и выяснить, как влияет температура на поведение, прочность и жесткость полимерных композитов.
Ученые проанализировали, как накапливаются повреждения в современных композиционных материалах при воздействии температур. Они определили методы, с помощью которых эффективнее проводить экспериментальные исследования. Для этого они одновременно использовали испытательную систему ElectroPuls E10000 и систему регистрации сигналов акустической эмиссии AMSY-6.
Исследователи провели испытания на растяжение и сдвиг слоев композита. Чтобы определить пределы прочности и упругости углепластика и стеклопластика, они изучили, как влияет на них нормальная (+22º С) и повышенная (+200º С) температуры. Это позволило выяснить, при какой температуре материалы становятся менее жесткими и теряют прочность.
С помощью оборудования ученые также получили новые данные о разрушении композита в зависимости от особенностей его структуры и типа воздействия. Исследователи изучили микроструктуру стеклопластика и углепластика до и после испытаний. Они выяснили, что снижение жесткости и объема материала меняет его «поведение» и влияет на разрушение. Это также зависит и от времени воздействия на материал. Результаты, зафиксированные оборудованием, и данные микроструктуры композита показали, что температура влияет на механизмы его разрушения.
С учетом новых данных ученые разработали рекомендации, которые помогут усовершенствовать структуру композиционных материалов, эффективно подобрать их компоненты и технологические режимы. Это важно для повышения стабильности производства, считают механики.