Механики Пермского Политеха изучили влияние температуры на разрушение композиционных материалов

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.

Пресс-служба ПНИПУ

Иллюстрация: Система регистрации сигналов акустической эмиссии AMSY-6