Диссертация (Анализ прочности и оптимизация многостеночных композитных оболочек летательных аппаратов), страница 12

5.1опредделенные по средним дефоррмациям продольнпных и поперечных ддатчиков прикоомнатнойй температтуре (точки – экспперимент, линия – средние значения)з)Рис. 5.15. Экксперименнтальные зависимоости, покаазывающие изменеение общщейжесткоости образзцов прии разрушении при комнатнокой температуре  79 5.3.2. Результаты испытаний образцов при повышенной температуреПри повышенной температуре испытано 12 образцов. Основные численныерезультаты испытаний этих образцов [72] приведены в Таблице 5.1 (образцыМ13т ÷ М24т).

Все образцы испытаны с приспособлением для защемления кромоки центрирующей платформой (см. Рис. 5.7,б). Датчики были приклеены так, чтоне мешали установке приспособления. Крепление деформометра позволяло устанавливать его вместе с приспособлением, поэтому подготовка к испытаниям образца проводилась следующим образом:− припаивание тензодатчиков к проводам разъема для соединения с регистрирующим прибором;− установка приспособления для защемления боковых кромок;− закрепление на образце деформометра;− установка образца на опорную площадку в испытательную машину и установка на него центрирующей платформы.Далее дверь термокамеры закрывалась и включался нагрев термокамеры собразцом до заданной температуры.

После достижения заданной температурыобразец выдерживался в камере в течение 25 ÷ 30 минут для полного прогрева.После окончания выдержки проводилось нагружение до нагрузки, заведомоменьшей разрушающей, с последующей разгрузкой. Уровень этой нагрузки дляпервого образца, испытываемого при определенной температуре, задавался приближенно, а далее уточнялся с учетом полученного значения разрушающегонапряжения. Во время этого нагружения велась запись показаний деформометра.Для некоторых образцов проведено по два нагружения при повышенной температуре. После окончания нагружения термокамера открывалась, деформометр снимался с образца для предотвращения повреждения его при нагружении до разрушения, затем термокамера закрывалась.

После выдержки примерно 5 ÷ 10 минутдля восстановления температуры в камере и в материале образца проводилосьнагружение образца до разрушения. Момент разрушения фиксировался по резкому падению нагрузки. При падении нагрузки более, чем на 5%, нагружение останавливалось автоматически, поскольку это было задано в методе нагружения. В  80 процессе нагружения до разрушения велась запись нагрузки и перемещения активного (подвижного) захвата.Модули упругости, определенные по результатам линейной аппроксимациизависимостей «средние напряжения – продольные деформации» по показаниямдеформометра приведены в Таблице 5.1. На Рис. 5.16 представлены типичные длякаждой температуры зависимости «нагрузка – продольные деформации» позарегистрированнымдеформометромданным.Длясравненияприведеныпоказания деформометра для исследуемого образца при последнем переднагревом нагружении и при повышенной температуре.Как данные Таблицы 5.1, так и зависимости, приведенные на Рис.

5.16,говорят о том, что средний модуль упругости на начальном участке нагружениядля исследуемых образцов практически (с учетом разбросов экспериментальныхданных) не изменяется при повышении температуры в исследованном диапазоне.Прочность же при повышении температуры сильно уменьшается (см. табл. 5.1).На Рис. 5.17 показана зависимость относительной прочности от температурыиспытания. В качестве прочности при комнатной температуре принята прочностьобразца М12т.На Рис. 5.18 приведены отношения значений модуля упругости при повышенной температуре к модулю упругости при комнатной температуре по показаниям деформометра. Эти данные подтверждают отсутствие влияния температурына модуль упругости на начальном участке деформирования.

Здесь следует заметить, что напряжения конца начального участка деформирования, по которомуопределялся модуль упругости при повышенной температуре, сильно зависят оттемпературы из-за резкого уменьшения прочности образцов с температурой. Чтобы оценить характер изменения общей жесткости образцов при нагружении доразрушения при повышенной температуре, построены зависимости перемещенияактивного захвата испытательной машины от величины нагрузки (аналогичноРис. 5.15 для комнатной температуры).

На Рис. 5.19 и 5.20 приведены эти зависимости.  р дрр дд ф р цд ф рРис. 5.16. Зависимость «средниенапряжения– продольныедеформации»по показаниям деформометра при комнатной и повышенной температуре 811   82 Здесь хорошо видно, что общая жесткость образцов почти не меняетсявплоть до разрушения, т.е., отсутствует участок с низкой жесткостью значительной протяженности, как при комнатной температуре (Рис. 5.15).

Это значит, чтоисчерпание несущей способности образцов происходит из-за достижения пределапрочности материала, а не из-за потери устойчивости отдельных элементов.Снижение прочности на сжатие вдоль волокон углепластиков при увеличении температуры происходит из-за снижения критической нагрузки для отдельных волокон, находящихся в связующем, как в поддерживающей волокно среде.С температурой уменьшается жесткость связующего, поэтому уменьшается инагрузка, при которой начинается потеря устойчивости отдельных волокон, приводящая к разрушению материала.На Рис.

5.21 показан типичный вид образцов, разрушенных при повышеннойтемпературе. Можно заметить, что вид зон разрушения при повышении температуры существенно изменяется: чем выше температура, тем менее ярко выражена зонаразрушения. Это связано, по-видимому, с тем, что при уменьшении разрушающейнагрузки уменьшается энергия, накапливаемая образцом к моменту разрушения иреализуемая в расслоении и трещинообразовании. Это значит, что с увеличениемтемпературы материал становится менее хрупким.Испытания по оценке работоспособности материала в условиях, близких кусловиям реальной эксплуатации, проведены на трех образцах.

На Рис. 5.22 приведены заданные и реализованные в эксперименте зависимости температур инагрузки от времени для одного из испытаний. Здесь видно, что температура вцентре нагреваемой обшивки почти на всем интервале нагружения превышала заданную, а температура на краях нагреваемой обшивки была близка к заданной.Образец выдержал это испытание без визуально наблюдаемых изменений.  833 Рис. 5.17. Зависиимость оттносителььной проччности отт температтуры:именталььные значения, линния – среддние значченияточки – экспери(прри комнаттной темппературе значениезпрочностти принятто равнымм 178 МПа)Рис. 5.18. Зависсимость относителольных знаачений моодулей уппругости ото темперратуры: точкки – экспеерименталльные знаачения, лииния – срредние знаачения(знаачение моодуля упругости прри комнаттной темппературе дляд каждоого образзцаприняято равныым измереенному поо показанниям дефоормометра во времмя последннегонагружжения перред нагреевом)  844 Прри 100оСПри 140оСРис.

5.19. Зависиимость перемещениий активнного захвата от наггрузкидляя образцоов, испытанных доо разрушеения при температутурах 100С и 140СС  855 ППри 170оСПрри 195оСРис. 5.220. Зависиимость перемещениий активнного захвата от наггрузкидляя образцоов, испытанных доо разрушеения при температутурах 170С и 195СС  866 Прри 140оСПрри 170оСПрри 195оСРис. 5.221. Типиччный вид образцов после исспытания на разрушшениепри поовышенноой темперратуре  877 Рис. 5.222. Резулььтаты имиитации пууска РН для одногоо из испыытанийДДля допоолнительнной проверки запааса прочнности маатериала образца былобпроведдено еще одно исппытание, для котоорого теммператураа в центрее нагреваемойобшиввки еще большебпрревышалаа заданную на всемм интерваале нагруужения и дажетемперратура наа краях нагреваемнмой обшиивки былла выше заданнойй в интеррваленаиболльших наагрузок.ООбразец тоже выддержал этто испытание без визуальнно наблюдаемых измеинений.

Аналогиичная карртина нааблюдалассь и для других испытанниных образзцов.Такимм образомм, доказанно, что исследованная струкктура можжет быть использоованадля иззготовления несущщих констррукций РН тяжелоого классаа (типа «ППротон»)..ППриведеннные реззультаты эксперииментальнных исслледованиий позволляютсформмулироватть следуюющие вывооды.− ППроведенны испыттания моддельных образцовв. Устаноовлено, чтто характтерисстики упрругости многостенмночных образцовомаломзавиисят от температууры виисследоваанном дииапазоне ото комнаттной до 195С,1но характерристики прочп  88 ности снижаются с увеличением температуры весьма значительно, что характерно для углепластиковых конструкций при нагружении на сжатие.− По результатам испытаний зафиксировано, что все образцы выдержалиимитацию пуска РН без разрушения.