У Перм'ї дізналися, як руйнуються деталі з композиту, що використовуються в авіадвигунах та імплантах.

Стаття з результатами опублікована в журналі Reinforced Plastics and Composites. Робота виконана за підтримки Російського наукового фонду.

Складні композитні конструкції виготовляються шляхом з'єднання більш простих деталей. Для їх складання та закріплення один з одним свердлять отвори, але це призводить до виникнення напружень. При надрізі матеріалу вони концентруються навколо вирізу, що суттєво знижує міцність і термін служби виробу.

Зараз, щоб зменшити часові та матеріальні витрати на експериментальні дослідження, актуально вдосконалювати способи для попереднього розрахунку стану та довговічності конструкції. Вчені Пермського Політеху запропонували комбінований метод, що включає кілька діагностичних технологій: цифрову кореляцію зображень, мікроскопію, реєстрацію сигналів акустичної емісії та звичайно-елементний аналіз. Їх поєднання дозволило виявити, як схеми укладки та орієнтації отворів впливають на механізм руйнування композитів.

В роботі досліджувалися прямокутні полімерні зразки, армовані вуглецевими волокнами за двома схемами – вздовж осі виробу та під кутом. На них виконали отвори в трьох варіантах напрямку: 0°, 90° і 45°. Випробування проводили для зразків з вирізами і без них, одночасно відбувалася реєстрація деформацій і переміщень на поверхні.

«Ми з'ясували, що укладка волокон вздовж виробу та наявність отворів призводить до зниження середніх граничних напружень у порівнянні з варіантом без вирізів. А отвори в зразках з укладкою під кутом не впливають на суттєву зміну несучої здатності.

Мікроструктурний аналіз показав, що до основних типів руйнування відносяться тріщини полімерного підстави, розділення шарів і руйнування волокна», – поділилася Єлена Струнґарь, старший науковий співробітник центру експериментальної механіки ПНІПУ, кандидат фізико-математичних наук.

«Під час експериментів ми проводили запис акустико-емісійних сигналів від початку випробування до повного руйнування зразків. Вони дозволяють якісно оцінити ступінь пошкодження композиту. У зразків з різною структурою армування кількість сигналів відрізняється. Так, наприклад, при укладці волокон під кутом вони відразу досягають високого значення і при навантаженні збільшуються. Під мікроскопом видно, що в цей момент відбувається деформація проточок, витягування волокон і починається відшарування полімеру від вуглецю», – розповідає Катерина Чеботарєва, молодший науковий співробітник Центру експериментальної механіки ПНІПУ.

Підхід вчених Пермського Політеху дозволив комплексно дослідити процеси деформування полімерних композитів, укріплених вуглецевим волокном. Результати сприяють якісному прогнозу появи пошкоджень у конструкції та ступеня її руйнування в процесі експлуатації.