Способ испытания композиционных материалов

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытания композиционных материалов. Цель изобретения - приближение условий испытания к условиям эксплуатации композиционных материалов, структуры которых отличны от однонаправленной структуры Образец 1 и нагружающий элемент 2 выполняют заодно целое, при этом в плоскости их сопряжения оставляют несплошности 3. Нагружают образец 1 самоуравновешенной нагрузкой через нагружающий элемент путем его деформирования, измеряют перемещения точек поверхности образца и по величине перемещений определяют зону влияния краевого эффекта. 1 ил М VI XI Ю О о о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5()5 6 01 N 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ@ .",,„, 4

Ы (0" (с

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЮЮФ (21) 4777112/28 (22) 03.01.90 (46) 30.10.92. Бюл, В 40 (71) Харьковский авиационный институт им.

Н.Е. Жуковского (72) А.Г. Дибир, В.П. Копычко, С.М, Мельников и В.И. Тимошенко (56) Авторское свидетельство СССР

М 1357763, кл. G 01 N 3/00, 1986. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для

„„!Ж„„1772666 А1 испытания композиционных материалов.

Цель изобретения — приближение условий испытания к условиям эксплуатации композиционных материалов, структуры которых отличны от однонаправленной структуры.

Образец 1 и нагружающий элемент 2 выполняют заодно целое, при этом в плоскости их сопряжения оставляют несплошности 3. Нагружают образец 1 самоуравновешенной нагрузкой через нагружающий элемент пу-— тем его деформирования, измеряют перемещения точек поверхности образца и по величине перемещений определяют зону влияния краевого эффекта. 1 ил.

1772666

Изобретенис относится к машиностроению, в частности к испытательной технике, а именно к определению зоны влияния краевого эффекта в образцах из композиционных материалов.

Известен способ испытания однонаправленных композиционных материалов, позволяющий исследовать краевые эффекты, обусловленный произвольной самоуравнавешенной нагрузкой. Согласно атому способу однонаправленный композиционный материал, представляющий собой матрицу связую .цего, армированную жесткими волокнами, концы которых выступают из матрицы, подвергают механическим испытаниям путем со<рветству ащего нагружения отдельных групп волокон, обеспечивающего создание самоуравнавешеннай системы нагрузок. При этом матрица композиционнога материала закреплена, а волокна арматуры растягива атся и сжимаются па определенному закону.

К недостаткам данного способа относится то, что он обеспечивает исследование микроэффектов на приближенных моделях конструкционных материалов типа стекла-, угле-, Органопластиков, так как объемное содержание волокон в них превышае 56;4, т.е. обеспечивается талька приближенный качественный анализ. Кроме того, способ позволяет исследовать краевые эффекты только апределеннога класса, причем закон задания самоуравновешенной нагрузки, вызывающей эти эффекты должен быть известен, чта является сложйой задачей. Распространение способа испытаний на материалы, структуры пакетов которых отличны ат однонаправленной, не представляется возможным.

Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому способу является спосоо vlcnb!TBH ll композиционных материалов, па которому образец материала нагружают самоуравновешеннай нагрузкой по плоской грани, Особенностью способа является то, что нагружение самоуравновешенными нагрузками образца композиционного материала, имеющего плоскую грань, которая па всей поверхности жестко соединена с нагружающим элементом, осуществляется путем дефармирования нагружающего элемента.

Поскольку соединение между собственно образцом композиционного материала и нагружающим элементом осуществляется по всей грани образца материала, диапазон исследуемых краевых эффектов в данном случае ограничивается рассмотрением краевых эффектов, Вызванных сис1емами само уравновешенных нагрузок, действующих по всей грани образца, 3 го относится K недаcTdTKBM образца, TBK как на практике дасга5 точна часто требуется ацс,ить зоны локальных краевых эффектоз или системы таких эффектов, которые Обусловлены дей ствием одной или нескольких локальных (распределенных на участках гpB, 1, Оаразца

10 компазиционнага материала, прилегаю цей к нагружающему элементу) са".лауоавнавешенных систем напря)кений, та может иметь место в конкретных ус ювиях эксплуатации кампазицианнь1х материалов.

15 Кроме того, наличие соединения между собственно образцам композиционного t)Bтериала и нагружающ,км элементам допускает присутствие В нем несавершенсть, например непраклеев в случае склейки аб20 разца композиционнога материала и нагружающего элемента. Это привод, .т к го.,v, что вместо расчетной сис емы самауравна-. вешенных нагрузок, Вызывающей краевые эффекты, можно получить другу.з, сущест25 венна Отличную, Неконтролируемое изменение расчетной системы Ваздействуюьцих самауравнавешенных нагрузок мажет привести к изменению зоны краевых эффектов.

Следовательно, существование сведи;.е..:ия между абра цам комггазицианнога магериала и нагружающим элементам снижаст достаВернасть определения парэметаав зоны краевых зффек ов.

Целью изобретения являет-.,з прибли35 жение условий испытания к условиям эк,плуатации композиционных матеаиалов, структуры которых Отличны ат однонаправленной структуры.

Поставленная цель дости BBTcsl тем, чта

4О В способе для испытания композиционных материалов, па которому Образец магериала нагружают самоуравновешеннай нагрузкой через нагружающий элемен.1, сопряженный с образцам, путем ега дефар45 мирования и по величине перемещений определяют зону влияния краевого эффекта, согласно изобретению образец и нагружа:ощий элемент выполняют за одно целое, а в плоскости сопряжения оставляют несплаш5О насти.

Нагружение образца кампозицианнага материала через общую для нега и нагружа- ющего элемента систему участков, геометрические параметры которых оп ределя.отся

55 задачами исследования, позволяет сущестВенно приблизить условия испытания к условиям эксплуатации, увеличить достоверность полу аемых данных при проведении комплекса испытаний данного композиционного материала, структура

1772666

10

I:0ò000Ã(> Отли IH(OT ОДнанг0Рэвленнай, и к0:-ее 5рукций, создаваем .х,а 8ГО основе.

Монолитность образца композиционH0r0 материала и нагру.KBIÎLL!его элемента

li03B0ля8т стабилизировгть условия нагру;8IIlI5I. ГО 068СПBЧИваBТ павы шеНИ.-; ДОСТОверности 0пределения зонbl краевых

:- 1,,> фектаг1 в образце кампозлци:нного 1атеригла с зг«;анной структурой па;ета.

Н.:- чертехее показан Образец 1 компози. ционного матеаиалг, икг:ощего общий учаГKY. с нг py>I(c!0 II M л элемРнтам >.

Пре;,лаггекый способ испытания камГ10зицианных мгтеГ>иалав реализован cllB—

«;yI0!LII 1 образок. 1!Опальз,:атся Образец ко5ллоз:лееио;1наго матер"1 лг, ие",еюа„:ил обшие часткл 2 с нагг.;у.кгю1з;им элементом 3.

Форма нггружa!0LL!ere: элемента зависит от типа поиклгдывгекых нагрузок. Например, на черт же изае,агжен негру>кающил элемент в виде балки.

Harpy>кени8 образца 1 ерез участки 2

Осуг ествляется путем дефо, >миравания иг-! "у /жгю13цего элемента 3 усилитР«лями Р и М, При его дефоркире>вэ III/i и сеченл51х системы участков 2 вознлкает сис.ге-.ма сгмоуравновешенных вну-.рен них усилий, воздействие которь х распространяется в

0(ра ц .

2 нагруженном образце измеряют перемеецение точек поверхности и ГIB их величине ОпрРделя от зону влияния краевого эффекта от воздействи системы самоургв.ювешенных усилий, определяемой задан»ой геа,етрией системы участков 2 и внешнел нагрузкой на нагружающий элемент 3, Измерение перемещений осуществляется любым из известных методов, обеспечивающих требуемую точность.

При испытаниях монолитной конструкции образец — нагружающий элемент используют конструкцию, выполненную способам совместного формирования.

Пример. Образец композиционного материала и на Гружаеощий элемент изготавливают KGK Онолитную конструкцию путем выкладки пакета препрега углепластика на эпоксидном связующем. Листы препрегг предварительно раскроены по шаблону, предназначенному для вырезки образца материала размером 250х500 мм и нагружающего элемента, представляющего собой полосу размером 50х800 км; образец и нагру>кающий элемент имеют по средине образца шириной*500 мм один общий участок длиной 100 мм, расположенный симметрично по центру конструкции образец — нагружающий элемент. Образец, изготавливаемый выкладкой, состоит из восьми слоев СЛОПРЕГ-40-0.08, симметрично уложенных под углами 45 относительно оси нагружающего элемента, который содержит 32 таких слоя (для вырезки дополнительных слоев нагружающего элемента, которые отсутствуют в образце. также используют шаблоны) с последующим автоклавным формированием.

Нагружение осуществляется растягивающим усилителем 12 кН, приложенным к нггружающему элементу. Деформации измеряют при помощи системы тензорезисторов, Протяженность зоны влияния краевого эффекта па длине образца материала характеризуется снижением внешнего воздействия на 95% при удалении от нагружающего элемента и составляет! = 1,13h, где h — длина участка контакта. Протяженность Ь зоны влляния краевого эффекта па ширине образца характеризуется снижением внешнего воздействия íà 95% и составляет b = 2,78h (от средины участка общего для образца и нагружающего элемента), Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет приблизить условия испытаний к условиям эксплуатации, рассматривая случаи нггружения, принципиально не реализуемые при других технических решениях, и увеличить достоверность испытаний за счет достижения идентичности нагружения образца при испытаниях и нагружения элементов натурных конструкций из композиционных материалов.

Формула изобретения

Способ испытания композиционных материалов, па которому образец материала нагружают самоуравновешенной нагрузкой через нагружгющий элемент, сопряженный с образцом, путем его деформирования, измеряют перемещения точек поверхности образца и по величине перемещений определяют зону влияния краевого эффекта, а т л и ч а ю шийся тем, что, с целью приближения условий испытания к условиям эксплуатации композиционных материалов, структуры которых отличны От однонаправленной структуры, образец и нагружающий элемент выполняют за одно целое, а в плоскости сопряжения оставляют несплошности.