Техника исследования анизотропии жесткости композиционных материалов авиационного назначения при воздействии факторов внешней среды

• Автор: Коваленко, Андрей Андреевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 152 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЛИСТОВЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ АВИАЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
1.1. СОСТАВ, ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
1.1.1. СВОЙСТВА АРМИРУЮЩИХ ВОЛОКОН
1.1.2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЯЗУЮЩИХ
1Л .3. ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА КОМПОЗИТОВ
1.2. АНИЗОТРОПИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ И СПОСОБЫ ЕЕ ОПИСАНИЯ
1.2.1. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ДЕФОРМАЦИЯХ СДВИГА И КРУЧЕНИЯ
1.2.2. КЛАССИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ АНИЗОТРОПИИ УПРУГИХ СВОЙСТВ ОДНОРОДНОГО МАТЕРИАЛА
1.2.3. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ МОДУЛЯ СДВИГА
1.2.4. КРУЧЕНИЕ ИЗОТРОПНОГО СТЕРЖНЯ
1.2.5. КРУЧЕНИЕ АНИЗОТРОПНОГО СТЕРЖНЯ
1.3. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. ВЫБОР МЕТОДА
2.2. ТЕОРИЯ МЕТОДА
2.3. МАЯТНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ
2.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
2.4.1. НАЗНАЧЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И БЛОК-СХЕМА
2.4.2. УСТРОЙСТВО МАЯТНИКА
2.4.3. СИСТЕМА РАСКАЧКИ
2.4.4. СИСТЕМА ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ
2.4.5. СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ
2.4.6. СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАНИЙ 4£
2.4.7. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ
2.4.8. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРИОДА
ГЛАВА 3. ВЯЗКОУПРУГИЕ СВОЙСТВА ЛИСТОВЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ АНИЗОТРОПИЯ
3.1. ИССЛЕДОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ОБРАЗЦЫ
3.1.1. МАТЕРИАЛЫ
3.1.2. ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ
3.2. ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПКМ
3.2.1. ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ.
ТРАДИЦИОННЫЙ ПОДХОД
3.2.2. МЕТОДЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ

3.2.3. ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ
ПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМ
3.3. АНИЗОТРОПИЯ УПРУГИХ СВОЙСТВ ЛИСТОВЫХ КОМПОЗИТОВ
3.3.1. ИЗМЕРЕНИЕ КОМПОНЕНТ МОДУЛЯ СДВИГА ТРАНСТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ КРУТИЛЬНОГО МАЯТНИКА
3.3.2. ОПИСАНИЕ АНИЗОТРОПИИ КРУТИЛЬНОЙ ЖЕСТКОСТИ И МОДУЛЯ СДВИГА ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.3.3. ОПИСАНИЕ АНИЗОТРОПИИ КРУТИЛЬНОЙ ЖЕСТКОСТИ
ЛИСТОВЫХ СЛОИСТЫХ ПЛАСТИКОВ
3.3.4 ПАРАМЕТРЫ АНИЗОТРОПИИ КРУТИЛЬНОЙ ЖЕСТКОСТИ
ГЛАВА 4. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВЛАГИ НА РЕЛАКСАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА И АНИЗОТРОПИЮ ЖЕСТКОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
4.2. ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ. ДИФФУЗИОННЫЙ АНАЛИЗ СОРБЦИИ И ДЕСОРБЦИИ ВЛАГИ КОМПОЗИТАМИ
4.3. ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
4.4. РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ
4.5. ВЛИЯНИЕ ВЛАГИ НА АНИЗОТРОПИЮ ЖЕСТКОСТИ ПКМ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ

Полимерные композиционные материалы (ПКМ) находят широчайшее применение в авиационной и космической технике [1, 2] ввиду уникального набора свойств: высокой прочности и жесткости, малой удельной массе и т.д. Преимущество композитов связано [3] с возможностью широкого варьирования практически всеми свойствами материала путем рационального подбора его компонентов, их соотношения и распределения в объеме изделия. Это позволяет получать конструкционные материалы многофункционального назначения, обладающие уникальными служебными характеристиками.
Отметим, что технологические требования к конструкционным материалам авиационного назначения имеют, по сравнению с обычными "земными" нормами, ряд особенностей. Прежде всего это касается повышенной стабильности и воспроизводимости свойств. В большинстве случаев коэффициент вариации показателей не должен превышать 10%. Так, необоснованное повышение коэффициента безопасности конструкции с 1,5 до 2 практически исключает возможность снижения ее массы [3] в изделии (снижение общей массы летательного аппарата всегда является желательным).
Это обстоятельство требует детального знания прочностных и вязкоупругих свойств ПКМ, а также характера их анизотропии [4, 5]. В связи с эти1у весьма актуальной является задача разработки достаточно простых и точны> методов оценки этой анизотропии, что особенно важно на стадии разработка новых конструкционных материалов. При этом важно оценить их изменение при воздействии различных факторов внешней среды и прежде всего температуры, так как все механические свойства полимеров и композитов на их основе имеют резко выраженную температурную зависимость. Если для металлов [6 при изменении температуры от 273 до 573 К изменение модулей упругости едва достигает 10-12% (причем модули изменяются линейно), то для полимеров I

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОД
ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. ВЫБОР МЕТОДА
Для измерения вязкоупругих свойств ПКМ применялся динамический механический анализ (ДМА), а в качестве основного инструмента исследования обратный крутильный маятник [57]. Выбор метода был обусловлен следующими причинами. Метод является неразрушающим и характеризуется высокой разрешающей способностью. Его использование требует сравнительно небольшого количества материала для исследования и главное - может успешно применяться в широком интервале температур.
Принцип измерения вязкоупругих свойств материалов с помощью крутильного маятника заключается в том, что исследуемый образец используется в качестве упругого элемента высокодобротной механической колебательной системы, в которой возбуждаются свободно затухающие либо вынужденные колебания. По параметрам этих колебаний можно тем или иным способом определить динамическую крутильную жесткость и логарифмический декремент затухания образца, а по их величинам рассчитать динамический модуль сдвига, модуль потерь, низкочастотную скорость звука и т.д.
Особенностью обратного крутильного маятника (по сравнению с прямым или горизонтальным [56, 57]) является то, что частота собственных колебаний системы определяется не только упругими свойствами образца, но и жесткостью торсиона. Наличие торсиона существенно повышает механическую добротность комбинированной колебательной системы торсион-образец и дает возможность проводить измерения при столь высоких значениях механических потерь в материале образца, что в отсутствие торсиона сделало бы наблюдение затухающих колебаний вообще невозможным (процесс стал бы апериодиче-