Совершенствование методик испытаний несущих композитных конструкций машин

• Автор: Алексеева, Ольга Давидовна
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Испытания механических свойств несущих конструкций и деталей машин из высокопрочных полимерных композитов.
Роль в достижении качества проектных решений, эффективности технологий производства, эксплуатационных свойств. Проблемы обеспечения полноты информации, точности, надежности и воспроизводимости результатов испытаний.
1.1. Важнейшие типы деталей машин из высокопрочных полимерных композитов: Особенности работы, технологии производства и конструктивных расчетов
1.2. Место и роль испытаний механических свойств деталей из армированных полимерных композитов в системе "проектирование - производство - эксплуатация"
1.3. Методы и системы стандартов испытаний механических свойств деталей из высокопрочных полимерных композитов
1.4. Выводы
1.5. Цель и задачи исследований
2. Разработка усовершенствованных методов испытаний для определения упругих характеристик ортотропных полимеркомпозитных материалов несущих деталей и конструкций
2.1. Уравнения механики анизотропных сред и полный набор упругих модулей ортотропных композитов
2.2. Исследование точности результатов одноосных деформационных испытаний
2.3. Разработка усовершенствованной методики испытаний для определения модуля сдвига в плоскости
2.4. Исследование метода определения модуля межслойного сдвига в испытаниях на кручение
2.5. Выводы

3 Модель и параметры ползучести для характеристики поведения
высокопрочных полимерных композитов при длительных испытаниях

Модель ползучести Бюргерса: уравнения, параметры и методы их расчета по данным испытания
Разработка инженерной методики обработки данных испытания на ползучесть
Выводы
Экспериментальное исследование методик испытаний механических свойств конструкций из армированного полимерного композита (на примере лонжерона лопасти вертолета)
Определение типа и главных направлений конструкционной анизотропии материала в системе координат детали
Количественные оценки продольного и поперечного упругих модулей и коэффициентов Пуассона
Определение продольного и поперечного упругих модулей и коэффициентов Пуассона в одноосных деформационных испытаниях
Количественные оценки модулей сдвига по результатам испытаний на короткобалочный изгиб и кручение квадратной пластины
Испытания на сдвиг в плоскости по модифицированной методике
Испытания на межслойный сдвиг кручением группы образцов Определение параметров ползучести в длительных испытаниях Выводы
Разработка рекомендаций по использованию результатов работы в практике испытательной лаборатории
Общие выводы по работе Список использованной литературы

Введение
Необходимым условием создания новых технологий композиционных и керамических материалов, а также новых поколений ракегно-космической и авиационной техники, что входит в Перечень критических технологий Российской Федерации, угвержденный Президентом РФ, является разработка методов испытаний машин и их элементов, выполненных из таких материалов. Эти задачи конкретизированы в мероприятиях "Перспективная авиационная техника" ФЦП "Развитие гражданской авиационной техники России на 2002 - 2010 годы и на период до 2015 года", а также в "Стратегии развития авиационной промышленности на период до 2015 года", утвержденной Минпромом РФ, включающих формирование научного задела по проблемам проектирования и создания конструкций из новых материалов, снижения коэффициента вариации свойств этих материалов в 2 - 2,5 раза.
В последние годы большинство отечественных и крупнейших зарубежных производителей транспортной и авиационной техники (АТ) переходят на использование в конструкции несущих деталей высокопрочных композиционных материалов на основе стекло- и углепластиков и термореактивных связующих. Однако использование новых композиционных материалов предъявляет ряд новых требований к методологии конструирования таких деталей. В частности, проблема расчета динамики такой сложной композитной конструкции, как лопасть вертолета, состоит в том, что композиционный материал в отличие от стали и сплавов алюминия анизотропен, т.е. характеризуется значительно большим числом упругих механических параметров (в конструкционных сплавах их всего два); и этот чрезвычайно сложный и трудоемкий динамический расчет не может быть выполнен без знания полного набора механических характеристик композиционного материала. Как известно, упругие модули композитов чрезвычайно чувствительны к схеме намотки (укладки) слоев, составу компонентов и режимам формования. Известные попытки создания теоретических методов предсказания упругих характеристик ортотропных композитов пока не позволяют использовать эти методы в конструктивных расчетах элементов АТ. Поэтому проблема экспериментального определения полного набора упругих характеристик и параметров ползучести композиционного материала готового изделия имеет исключительно важное

Ч" Г °,/Е, )
ч, Ь
Из изложенного следует, что при экспериментальном определении комплекса упругих модулей ортотропного композита необходимо решать две проблемы:
- как вырезать из готового изделия образец стаццартной формы, либо такой формы, которая позволит корректно определить нужный модуль (т.е. когда обеспечено напряженно-деформированное состояние, требуемое используемой методикой);
- в какой последовательности определять искомые модули, т.к. некоторые из них получают не прямым измерением, а расчетом, в котором участвуют и другие модули (которые, очевидно, должны быть определены ранее независимым экспериментом).
Следовательно, используемая методика должна представлять собой некий итерационный процесс, в котором модули определяются последовательно, возможно, путем привлечения взаимно дополняющих методик и расчетных методов. В работе для этих целей использованы конечноэлементные и аналитические методы расчета, последовательно использующие все новые модули, получаемые в экспериментах.
Краткие выводы.
Композиционные материалы, полученные путем симметричной укладки слоев, как правило, обладают ортотропной симметрией механических свойств.
Связь между напряжениями и деформациями в ортотропном материале дается обобщенным законом Гука, причем матрица упругих констант (упругих податливостей) зависит от ориентации системы координат.
Для полной характеристики упругих механических свойств ортотропных материалов необходимо знание 9 параметров. В инженерной практике чаще всего используются 3 модуля упругости при растяжении, 3 сдвиговых модуля и 3 коэффициента Пуассона.
Значения упругих констант (упругих податливостей) изменяются при повороте системы координат, т.е. изменении направления нагружения (см. рис.2.2).