Оценка влияния расслоений на ресурс деталей из углепластика

Дата поступления: 
20.10.2020
Библиографическое описание статьи: 

Стуров А. А. Оценка влияния расслоений на ресурс деталей из углепластика / А. А. Стуров, Н. С. Чащин, Ю. Н. Иванов, А. А. Макарук // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2020. – № 4 (68). – С. 32–40. – DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).32-40

Год: 
2020
Номер журнала (Том): 
УДК: 
621.95.025.7
DOI: 

10.26731/1813-9108.2020.4(68).32-40

Файл статьи: 
Страницы: 
32
40
Аннотация: 

В современном машиностроении активно внедряются изделия, содержащие элементы из композиционных и металлических материалов. Соединение таких изделий выполняется с помощью болтов или заклепок. При формировании отверстий в композиционных материалах существует риск возникновения дефектов типа «расслоение». В связи с этим цель данного исследования заключается в изучении ресурсных характеристик углепластика, имеющего подповерхностное расслоение вокруг отверстия, вызванного внешним воздействием. Рассматривается оригинальный способ нанесения дефектов на образцы, обеспечивающий высокую повторяемость зоны повреждения. В статье сравниваются полученные результаты повторно-статических испытаний бездефектных образцов, образцов с расслоениями и образцов, подвергнутых ремонту. Предложена методика проведения статических и цикловых испытаний на сервогидравлических испытательных машинах с использованием специальной четырехточечной оснастки для нагружения образцов. Статические и цикловые испытания были проведены на универсальной сервогидравлической испытательной машине «Shimadzu» (Япония). Во время испытаний образцы подвергались неразрушающему ультразвуковому контролю на всех этапах при помощи ультразвукового комплекса «ELISA» фирмы «GMI» (Франция). В ходе исследований проведены статические прочностные испытания образцов, на основе которых были подобраны диапазоны нагружения для циклических испытаний, разработана методика и оснащение для нанесения идентичных дефектов на образцах, разработана методика ремонта повреждений, проведены циклические испытания. В результате прошедших испытаний было выявлено, какое влияние дефект типа «расслоение» и его последующий ремонт оказывают на долговечность изделий из углепластика, получена зависимость роста размера зоны дефекта от количества циклов нагружения. Даны рекомендации по технологиям ремонта расслоений. Предложены альтернативные способы инжектирования смолы с использованием специальных оснасток в зону дефекта типа «расслоение».

Список цитируемой литературы: 
  1. Sturov A.A., Chashin N.S. Service life testing of composite material // 2019 IOP Conf. Ser. : Mater. Sci. Eng. 632.
  2. О влиянии износа инструмента на температуры резания при сверлении пакета углепластик : сталь / В.А. Колесник, Д.В. Криворучко, М. Хатала // Вестн. Национал. техн. ун-та Украины. Сер.: Машиностроение. 2015. № 1 (73). С. 10–14.
  3. Савилов А.В., Пятых А.С. Определение коэффициентов сил резания для моделирования процесса сверления // Системы. Методы. Технологии. 2016. № 2. С. 69–73.
  4. Чигринец Е.Г. Оптимизация процесса сверления армированного титаном стеклопластикового лонжерона лопасти несущего винта вертолета // Вестн. Москов. авиацион. ин-та. 2016. Т. 23. № 1. С. 177–188.
  5. Стуров А.А. Восстановительный ремонт отверстий в полимерном композитном материале на основе углепластика с помощью «термоболта» // Авиамашиностроение и транспорт сибири : сб. ст. IX Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск, 2017. С. 83–87.
  6. Стуров А.А. Восстановительный ремонт отверстий в деталях из полимерных композитных материалов // Развитие научных направлений в современных условиях : сб. ст. материалы Междунар. науч.-практ. конф. М., 2017. С. 90–94.
  7. Precise holes machining in multicomponent stacks from metals and CFRP / N.S. Chashhin, Y.N. Ivanov, A.E. Pashkov et al. // Advances in Engineering Research : International Conference on Aviamechanical Engineering and Transport. AVENT, 2018. 10.2991/avent-18.2018.13.
  8. Performance of multi–margin coated tools in one-shot drilling of metallic-composite stack materials under varying feed rate and pecking conditions / C.-L. Kuo, S. Soo, D. Aspinwall et al. // In Proceedings of the 38th International Matador Conference. Huwei, Taiwan, Province of China, 2015. P. 231–238.
  9. Ломаев В.И., Дударев А.С. Перспективы мэанической обработки отверстий при производстве изделий из волокнистых композиционных материалов гражданской авиатехники // Машиностроительные технологии. 2006. Т. 7. С. 18–22.
  10. Garrick R. Drilling Advanced Aircraft Structures with PCD (Poly–Crystalline Di-amond) Drills // SAE Technical, paper 2007–01–3893. 2007.
  11. Atarsia A., Mueller–Hummel P., Hollenbaugh S. High efficiency in machining carbon fiber composites and metal stacks for aerospace application // Finer Points. 2013. P. 18–28.
  12. Пикалов А.А. Особенности разделки отверстий в смешанных пакетах ПКМ–Ti–Al // Механика и машиностроение. 2012. С. 669–679.
  13. Иванов Ю.Н., Каверзин Е.У., Чапышев А.П. Экспериментальное исследование влияния теплового расширения обрабатываемых материалов при сухом сверлении отверстий в пакетах структуры «полимерный композиционный материал – титановый сплав» // Изв. Иркут. гос. ун-та. 2013. Т. 10 (81).
  14. Roughness of holes in metal and polymer composite bags / N.S. Chashhin, Y.N. Ivanov, A.E. Pashkov et al. // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 2019. 632. doi:10.1088/1757-899X/632/1/012089.
  15. Колесник В.А., Криворучко Д.В., Митал Д. Температура резания при сверлении пакетов углепластик/титановый сплав // Cutting and tool in engineering systems: International Scientific and Engineering Proceedings. Харьков : НТУ ХПИ, 2015. Vol. 85. P. 126–136.
  16. Чашин Н.С., Иванов Ю.Н. Обработка отверстий в смешанных пакетах методом орбиталного сверления // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2015. № 11 (106). С. 44–49.
  17. Чашин Н.С. Оценка точности обработки отверстий в углепластике на промышленном роботе KUKA KR210 R2700 Extra // Авиамашиностроение и транспорт Сибири : сб. ст. всерос. молодежной науч.-практ. конф. 2016. С. 308–313.
  18. Paulo R.G., Loïc B. Comparison between three-point and four-point flexural tests to determine wood strength of Eucalyptus specimens // Maderas: Ciencia y Tecnología 20(3). 2018. С. 333–342.
  19. Theotokoglou E.E., Sideridis E. Study of composite beams in asymmetric four-point bending // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2011. 30(13). С. 1125–1137.
  20. Failure behavior of composite laminates under four-point bending / K. Murat, S. Fazil, E. Nuri et al. // Journal of Composite Materials. 2016. Iss. 26. Vol. 50. P. 3679–3697.