Работоспособность углерод - углеродных композиционных материалов фрикционного назначения при циклическом нагружении

• Автор: Степашкин, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 201 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Состояние вопроса и теоретические предпосылки исследования
1.1 Применение УУКМ фрикционного назначения в авиационной технике
1.2 Технологии получения углерод - углеродных композиционных 18 материалов
1.3 Условия работы УУКМ типа ТЕРМАР в тормозных дисках
1.4 Современное состояние в области исследования структуры и свойств 30 УУКМ фрикционного назначения
1.5 Выводы по главе 1
2 Материалы и методы исследования
2.1 Материалы исследования
2.2 Характеристика материалов исследования
2.3 Методики исследования физико-механических характеристик при 57 однократном нагружении
2.3.1 Методика исследования физико-механических характеристик 59 материалов типа ТЕРМАР при сжатии
2.3.2 Методика исследования физико-механических характеристик 62 материалов типа ТЕРМАР при растяжении
2.3.3 Методика исследования физико-механических характеристик 63 материалов типа ТЕРМАР при трехточечном изгибе
2.3.4 Методика определения упругих и деформационных характеристик 64 материалов типа ТЕРМАР при растяжении и сжатии
2.3.5 Методика определения ударной вязкости материалов типа 68 ТЕРМАР по Шарли
2.3.6 Методика испытания на вязкость разрушения при сосредоточенном 69 изгибе углеродных материалов
2.4 Методики исследования физико-механических характеристик при
циклическом нагружении
2.4.1 Методика определения условного предела усталостной прочности
углерод - углеродных композиционных материалов при циклическом сжатии и построения кривых малоцикловой усталости

2.4.2 Методика определения условного предела усталостной прочности 77 углерод-углеродных композиционных материалов при трехточечном
изгибе и построения кривых малоцикловой усталости
2.4.3 Методика проведения испытаний на малоцикловую усталость 80 модельных образцов из углерод-углеродных композиционных материалов фрикционного назначения и определения предела усталостной прочности
2.4.4 Методика ускоренного определения условного предела усталостной 84 прочности углерод-углеродных композиционных материалов при
циклическом сжатии
3. Результаты экспериментальных исследований углерод - углеродных 87 композиционных материалов
3.1 Статические испытания
3.1.1 Результаты исследования структуры и физических свойств 87 композиционных материалов
3.1.2 Результаты определения физико-механических характеристик при 93 статическом нагружении
3.1.3 Результаты определения характеристик трещиностойкости УУКМ
3.1.3.1 Материал ТЕРМАР-СТД
3.1.3.2 Материалы ТЕРМАР - ДФ, АДФ и УК
3.1.4 Результаты испытаний на ударную вязкость УУКМ
3.2 Испытания образцов УУКМ на малоцикловую усталость
3.2.1 Испытания ТЕРМАР-СТД на малоцикловую усталость
3.2.2 Испытания ТЕРМАР-ТД на малоцикловую усталость
3.2.3 Испытания ТЕРМАР - УК на малоцикловую усталость
3.2.4 Испытания ТЕРМАР - АДФ на малоцикловую усталость
3.2.5 Испытания ТЕРМАР - ДФ на малоцикловую усталость
3.2.6 Сравнение сопротивления малоцикловой усталости материалов 129 типа ТЕРМАР
3.3 Модельные циклические испытания образцов УУКМ
3.4 Анализ поверхности разрушения УУКМ типа ТЕРМАР
Общие выводы по главе 3
4. Деформационный критерий разрушения углерод-углеродных 157 композиционных материалов
4.1 Диаграммы циклического нагружения УУКМ ТЕРМАР

4.2 Изменение упругих характеристик УУКМ в процессе циклического
нагружения
4.3 Накопление деформаций. Деформационный критерий разрушения
УУКМ.
Выводы по главе 4
Общие выводы по работе
Список использованных источников Приложения

- 0 Fatigue failure
Fatigue run uut ,
10 10 10 10 10 ю
Number of cycles g

g 50 to

Rttlquc failure ■ Fatigue run out

10° 10! 10Z 10J 104 10a 10° io'
Number of cycles
10 10‘ NT 10 10J
Number of cycles
Рисунок 6 - результаты испытаний на усталость УУКМ марки K-Karb производства Kaiser Aerotech Company (США).
Предел усталостной прочности для материала панели 1 составил 90 ± 0.5 МПа., а для панели 2 - 53 ± 0.5 МПа. Остаточная прочность образцов панели 1 и 2 после усталостных испытаний с учетом разброса экспериментальных данных равна прочности исходных образцов. По результатам испытаний авторы оценили предел усталостной прочности исследованного УУКМ на уровне 80% от статической (рисунок 6в). В процессе испытаний отмечено существенное изменение петли гистерезиса, которая до достижения базы 105 циклов монотонно уменьшалась; при этом в материале накапливалась значительная необратимая деформация (рисунок 6г). Результаты СЭМ показали, что развивающаяся в процессе усталости в матрице сетка микротрещин не оказывает существенного влияния на остаточную прочность материала. Основной причиной разрушения композита явилось накопление критического уровня повреждений волокон.
Испытания на циклическое растяжение в аналогичных условиях (мягкое нагружение, синусоидальное 10 Гц. К-т асимметрии 0,1. скорость активного захвата