Диссертация (Анализ прочности и оптимизация многостеночных композитных оболочек летательных аппаратов), страница 11

Основные результаты испытаний5.3.1. Результаты испытаний образцов при нормальных условияхСначала проводились нагружения при комнатной температуре для оценкиработоспособности измерителей деформаций и для проверки однородности полядеформаций в рабочем сечении образца.

При этом на каждой из обшивок образцов были приклеены по два продольных и по одному поперечному тензодатчику(рис 5.5.а). Кроме того, на одной из обшивок закреплялся деформометр так, чтопоперечный датчик оказывался между опорными призмами деформометра. Основные численные результаты испытаний этих образцов [72] приведены в Таблице 5.1. Здесь в первом столбце даны номера образцов, во втором – температура,при которой проведено испытание до разрушения. Далее приведены значенияплощади поперечного сечения по результатам измерений размеров каждого образца, вычисленной следующим образом:S изм  to   t o12 b  2  H   t    t     t    t     4 S1o2o1c2cж(5.1)где to1 , to 2   средняя толщина каждой из обшивок по результатам замеров, b средняя ширина образца, H  средняя толщина образца, tc1 , tc 2   средняя толщина каждого ребра по результатам замеров, Sж  5,7 мм2 - среднее технологическоезначение площади поперечного сечения углепластикового жгута, уложенноговдоль образца в месте стыковки каждого ребра с обшивкой.Видно, что различия между S изм и Sном составляют около 20÷25%.

В пятом столбце приведено значение разрушающей нагрузки, а в следующих двух столбцах –значения средних разрушающих напряжений, вычисленных по измеренной и номинальной толщине соответственно.В столбцах 8 ÷ 10 приведены значения модулей упругости, вычисленных поплощади сечения Sизм : в восьмом столбце – по средним деформациям всехпродольных датчиков при последнем перед нагревом нагружении или принагружении до разрушения – для образцов М9т ÷ М12т; в девятом столбце – поданным деформометра при том же нагружении; в десятом столбце – по данным  71 деформометра при нагружении при повышенной температуре.В столбцах 11 ÷ 13 даны те же модули упругости, что и в столбцах 8 ÷ 10,но вычисленные по площади сечения Sном .

В четырнадцатом столбце приведенызначения напряжений конца участка нагружения  уп , для которого построены аппроксимирующие прямые для определения модулей упругости, приведенных ввосьмом и одиннадцатом столбцах, а в последнем семнадцатом столбце приведены значения величины, характеризующей разброс показаний продольных датчиков при напряжениях  уп . Эта величина  определена следующим образом: max   min100% max   min(5.2)где  max и  min  максимальное и минимальное значения деформаций по показаниям продольных датчиков при  уп .В столбце 15 приведены значения коэффициента Пуассона v , определенныепо средним деформациям поперечных и продольных тензодатчиков того женагружения, что и модули упругости в столбцах 8 и 11. Следует отметить, что длябольшинства образцов зависимости поперечных деформаций от средних напряжений существенно более нелинейны, чем для продольных деформаций.

Поэтомупри определении v напряжения, соответствующие концу участка линейной аппроксимации зависимости поперечных деформаций от средних напряжений значительно меньше, чем  уп . Коэффициент Пуассона более чувствителен к неоднородностям материала, поэтому разбросы его экспериментальных значений значительно больше, чем модуля упругости.  72 Таблица 5.1.Основные численные результаты испытаний на сжатие многостеночных образцов из углепластика на основе волоконЛУ-П/0,1 и связующего SK02TM200-3 EPOLAM при комнатной и повышенной температуреЕизм , ГПа№обр.ТразрSизм,мм2Sном,мм2Рразр,кН[Fизм],МПа[Fном],МПакомн.

темп.Тензодатч.Еном , ГПаповыш.темп.Деформометр12345678910М9т23С312,9237,342,90137,1180,762,038,8М10т24С307,9237,839,77129,2167,361,4М11т23С311,6243,040,80131,0168,0М12т23С313,9243,955,80177,8М13т170С315,3242,014,65М14т100С312,8240,7М15т140С310,3М16т100СМ17тМ18ткомн. темп.Тензодатч.повыш.

темп.уп,МПаДеформометр, %Тензодатчики1251,113141516-1181,7-51,10,68738,6--79,5--52,00,46630,358,848,6-75,462,3-57,80,71046,8228,957,954,3-74,569,9-51,00,64525,246,560,668,753,847,789,570,162,150,80,80625,140,44129,3168,059,245,937,976,959,749,351,10,74040,6242,032,24103,9133,267,259,457,986,276,274,251,60,54812,6310,9241,036,91118,7153,255,942,544,972,154,857,932,20,52730,5100С301,9233,642,90127,9165,362,769,061,881,089,279,959,60,62512,7140С302,2232,939,7783,7108,657,764,7-74,984,0-59,60,5678,7    73 Таблица 5.1. (продолжение)Еизм , ГПа№обр.ТразрSизм,мм2Sном,мм2Рразр,кН[Fизм],МПа[Fном],МПакомн. темп.Тензодатч.Еном , ГПаповыш.темп.Деформометркомн.

темп.Тензодатч.повыш. темп.уп,МПаДеформометр123456789101112М19т170С290,8227,040,8051,966,462,164,961,279,5М20т195С306,0242,055,8034,743,955,859,256,0М21т195С297,2236,214,6535,744,965,163,4М22т170С302,6237,240,4454,068,951,6М23т140С292,8229,132,2486,4110,4М24т195С304,4236,136,9140,452,1, %Тензодатчики14151683,11378,461,90,59213,670,674,970,858,8-16,171,181,979,889,560,60,62417,742,446,065,854,158,759,50,3456,062,057,860,679,273,977,561,50,6127,354,351,350,970,066,165,659,130,44723,6     744 Риис.

5.10. ДиаграммыДы деформмированияя образцаа по показзаниям прродольныхи попереечных даттчиков прри последннем предвварительнном нагрууженииРиис. 5.11. ДиаграммыДы деформмированияя образцаа по показзаниям пооперечныххддатчиков прип послееднем преедварителльном наггружениии и нагружжении доразрушения (одним цветомцпооказаны деформациии одногоо и того жеж датчикка)ННа Рис. 5.105привведены диаграммыды деформмированияя всех даатчиков и деформоометра длля предваарительноого нагружжения доо 16 кН илии 18 кНН с последующей разгрузкойй при коммнатной температтуре. На Рис.Р5.11 представвлены заввисимости деформааций, заррегистриррованных попереччными даатчиками,, от средднегонапряжжения длля двух пооследних нагружений.

Здессь видно,, что одинн из датччиков  75 при предварительном нагружении с деформометром показывал существенно нелинейные, отличающиеся от показаний другого датчика значения деформаций.Это объясняется тем, что он располагался между призмами деформометра,вызывающими некоторое искривление обшивки. После снятия деформометра наначальном участке оба датчика показывали примерно одинаковые деформации,но при приближении к предельной нагрузке нелинейность показаний датчика наобшивке, где был расположен деформометр, резко возросла.

Вероятнее всего,причиной этого явились небольшие микроструктурные повреждения, вызванныедеформометром, что показывает большую чувствительность исследуемых образцов к нагрузкам, перпендикулярным к поверхности обшивок, по сравнению стрехслойными образцами с сотовым заполнителем, где такие эффекты не наблюдаются.Приведенные в Таблице 5.1 данные показывают, что у образца М12т значение среднего разрушающего напряжения значительно (примерно на 40%) выше,чем у образцов М9т ÷ М11т. Это вызвано положительным влиянием приспособления для защемления кромок и центрирования образца по показаниям продольных датчиков на разрушающую нагрузку.

Разрушающие напряжения для образцаМ12т взяты в дальнейшем в качестве прочностной характеристики исследуемогоматериала при комнатной температуре.На Рис. 5.12 и показан вид испытанных образцов М10т и М12т после разрушения. Можно заметить, что существенной связи между величиной разрушающих напряжений и характером разрушения не наблюдается. На Рис. 5.13 и 5.14представлены значения среднего модуля упругости и среднего коэффициентаПуассона исследуемых образцов, вычисленного измеренной площади поперечного сечения каждого образца и по площади поперечного сечения, вычисленной дляноминальных значений толщин ребер и обшивок, по показаниям продольных тензодатчиков. Там же приведены средние значения этих характеристик упругости,равные: модуль упругости по измеренной площади поперечного сечения Еизм =60,2 ГПа, Еном = 77,4 ГПа,  = 0,596.

Очевидно, Еном лучше отражает свойстваматериала, т.к. увеличенная по сравнению с номинальной толщина стенки вызва  76 на большим по сравнению с номинальным содержанием связующего в них, а характеристики материала определяются в основном армирующими волокнами. Присовершенствовании технологии изготовления Еизм будет приближаться к Еном.Из данных Таблицы 5.1 следует, что показания деформометра и датчиковпри одном и том же нагружении несколько различаются. Причинами этогоявляются различные значения измерительной базы и различные способыкрепления деформометра и датчиков.

Показания датчиков лучше отражаютдеформативные характеристики исследуемых образцов, т.к., во-первых, вносятменьшее возмущение в напряженно-деформированное состояние образца; вовторых, позволяют определить деформации в нескольких зонах образца, чтопосле осреднения дает более объективную информацию о деформированииобразца; в-третьих, призмы деформометра могут случайно немного смещатьсяотносительно поверхности образца, а датчик скреплен с исследуемым образцомпо всей своей поверхности.

Однако деформометр позволяет исследоватьдеформации при повышенной температуре, а использовавшиеся датчики и клейдля них – только при комнатной температуре.На Рис. 5.15 приведены зависимости, показывающие изменение общейжесткостиобразцов,позависимостямперемещенийактивногозахватаиспытательной машины от приложенной нагрузки, записанных при испытаниях.Обращает на себя внимание участок с резким уменьшением средней жесткостиобразца перед разрушением. Вероятнее всего, это связано с потерей устойчивостиребер и обшивок как пластин. Поскольку искривление этих элементов происходитпостепенно, образец еще сохраняет несущую способность. Предположительно этовызвано включением в работу однонаправленных жгутов, расположенных в зонахстыка ребер и обшивок.

Для образцов, показавших меньшую прочность,накопление повреждений в обшивках и ребрах, по-видимому, достигло предельнодопустимого уровня раньше, чем включились в работу жгуты.  777 Риис. 5.12. ВидВ образзцов после испытанния на раазрушениееРис.. 5.13. Экссперименнтальные значенияя модулейй упругостти,опрееделенныые по среддним дефоормациямм продолььных датччиков прии комнатннойтемпеературе (тточки – эксперимеент, линиии – среднние значенния)  788 14. Эксперрименталльные знаачения коээффициеннтов Пуасссона,Рис.