Автореферат (Изменение несущей способности авиационных конструкций из композиционных материалов в зависимости от силового воздействия), страница 4

Верхняя часть — два шарнирных механизма, датчик контроля нагрузки (датчик силы), верхний захват для крепления образца и блок передачи данных. Средняя часть (кпрозрачная зона») выполнена из композиционного материала. Изготовление ее в виде цилиндра из углеродного материала позволило значительно снизить количество артефактов на томограммах, а также уменьшить потребную для исследования величину излучения. Нижняя часть включает в себя винтовой механизм, который обеспечивает перемещение нижнего захвата вниз и создает растягиваюшую нагрузку иа образец, а также блок удержания нагрузки в виде тарельчатых пружин. Силовой стакан стенда тарировался на испытательной машине 7ичс)г/Кое1! 2250 на растягиваюшую и сжимающую нагрузки, в результате был получен переводной коэффициент для перевода изменений напряжения (мВ) на тензодатчиках в нагрузку (Н).

На той же машине получены значения разрушающей нагрузки и предельных деформаций для образцов-свидетелей, исследуемых серий образцов. Для комплексной проверки работоспособности всей системы создания НДС в образце, текущего замера относительных деформации и стабильности параметров томографии был исследован образец из сплава Д!6Т, для которого получены данные по изменению контролируемого сечения (в частности изменения площади, которое составило 7',4).

Для подтверждения правильности снятия нагрузки были сопоставлены расчетный предел пропорциональности и данные тензометрии (погрешность составила 5;4). В рамках предварительных исследований выявлено следую~нее: - необходимо проводить сканирование с учетом первоначального положения образца; присутствует достаточно сильное изменение положения контролируемых сечений в образце при приложении нагрузки (до 2 мм)„ поэтому необходим контроль данного параметра; Для контроля изменения положения образца при приложении нагрузки (повторяемости сечений) были выбраны маркеры, обеспечивающие определение изменения положения высоты контролируемого сечения.

Маркеры (рис. 6) выполняются из высокоплотного материала (плотность выше 10 г/смз) и располагаются на 16 торцах образца. В работе были использованы маркеры из медной проволоки диаметром 0,1 мм. тд~ д г,.г-. яч Обрм~ц Рнс. б. Рентгенограмма, установленного в стенде образца с наклеенными маркерами На основе приведенных выше положений была разработана методика для оценки изменения несущей способности в процессе силового воздействия, которая включает в себя три составных части — применение метода ВРТ, количественных критериев оценки н стендовое приспособление (рис. 7).

Результатом исследования с применением данной методики являются графические модели контролируемых характеристик структуры материала в зависимости от силового воздействия. В рамках данной работы разработаны количественные критерии (основанные на применении метода ВРТ и статистической обработке информации) и стендовое приспособление.

Алгоритм проведения исследования с применением разработанной методики: ° Г!одготовка образца — наклеивание тензодатчиков и нанесение маркеров. ° Формирование матрицы нагружения и выбор сетки сканирования. Сетка сканирования выбирается в соответствии с конструктивными особенностями исследуемой конструкции. ° Установка образца в испытательный стенд. . Предварительное нагружение нагрузкой 1000-2000 Н, для устранения зазоров и обеспечения жесткости стенда. Проведение сканирования в соответствии с матрицей нагруження.

Сканирование начинается с определения базового !исходного) состояния образца. Исследование включает в себя определение параметров н зоны сканирования. Матрица нагружения формируется исходя из разрушающей !7 нагрузки и включает в себя поэтапное нагружение и разгрузку образца, что позволяет проволить сравнение этих состояний. метод вычвслительной ТОМОГРАОИИ методы мятмеятическоа " Стятистики РАСЧЕТ КРИТЕРИЕВ ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ ЛКО СТЕНД ДЛЯ СОЗДАНИЯ НАГРУЗКИ МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ИЗМЕНЕНИЙ В СТРУКТУРЕ МАТЕРИАЛА ГРАФИЧЕСКАЯ ЗН!ДЕЛЬ ИЗМЗИЕНИИМАТЕРИАЛА Рис.

7. Компоненты методики ° Фиксация ЛКО через программное обеспечение томографа. ° Обработка результатов и построение графической модели поведения контролируемых критериев в зависимости от приложенной нагрузки. В четвертой главе приводятся результаты исследования элементарных образцов, выполненных по одной технологии с использованием различных армирующих материалов и связующего, подтверждающие работоспособность разработанной методики. Для исследования топологии изменений в структуре слоистых ПКМ при растяжении были изготовлены плоские образцы двух серий: 1.

Серия ! - углеродная лента УОЛ-300-1 ТУ 1916-167-05763346-96 и связующее ЭПС-И-108 ТУ 2225-047-17411121-2012. 2. Серия 2 - углеродная лента ЛУП-0,1Б ГОСТ 28006-98 и связующее ЭДТ-10П ПИ 1.2.029-77. Общая высота рабочей зоны образца составляет 200 мм, часть из которой занята тензодатчиками продольной дефоргиации. Ширина рабочей зоны образца - 40 мм, толщина - 3 мм. Укладка образцов !0,-45,90, -ь45,0, О, -45,90,+45,0!].

Образцы изготовлены методом пропитки и формования под двойным вакуумным пакетом (технология ОВН!). На образцы наклеивачись накладки из стеклоткани Э3100 ТУ 5952-002-99544202-2011 со связующим ВК-9 ПИ !.2.А.256-99 ВИАМ, Образцы вырезались из пластины, в зонах захватов разделывались отверстия под стяжные болты и наклеивались тензодатчикн.

Матрица проведения нагружения представлена на рис. 8. В процессе исследования проводилось поэтапное нагружение и разгрузка образна. Сканирование проводилось по 10 сечениям с шагом сканирования 1О мм. Разрушение образцов происходило в галтели, что типично для образцов без концентраторов. яоо й яо /~ При обработке данных проводилась оценка предложенных критериев в нагруженном и разгруженном состоянии относительно иходного сечения. Полученные графические модели представлены на рис. 9 и 10. уроясия пм руми Рпп Ш яка Р ям ру пмя (аппроксяпяяяпя( мм (ьпруясмк ~(ас(яуисиис (яппроясимаипя( ."О" „ЯОМ '.('ООП, -20 Рви (и яки Раяцц яка ( мп !роксимааяя1 Рис.

9. Графики изменения отдельных контролируемых параметров для образцов Серии 1 19 (О, ЗОп, с/; 20" я (п'!, О":, -(О':„пм 0'! < О", 10:::. а я и яяяру яяя Рис. 8. Матрица проведения исследования У( Н,и ружсии Нагруиссипс (мшрокпшашм( 1О«, ЗО ь 1О'„ О.;, -~Ок.;, О ' О уаовсвв па~русск кв На~ Русакова Ра игу ~ка $11мггаксаасбпшгскснчаовк) Раа Руака~ааироксичаоак1 уговсав жо Ру жв Ра в Ру жа Раи Р, ~ка ~юв ~Рокси нагои Рис. 1О. Графики изменения отдельных контролируемых параметров для образцов Серии 2 По представленым графикам поведения контролируемых критериев в зависимости от нагрузки для Серии 1 можно сделать следующие выводы; ° Общее поведение характеризует склонность данного материала к накоплению дефектов.

При зтом изменение структуры наблюдается с начального момента приложения нагрузки. Это позволяет сделать вывод о необходимости проведения предварительного нагружения перед проведением дефектоскопии для данного материала в производственных условиях. ° После 60% нагрузки наблюдается значительное изменение структурной плотности, связанное с увеличением количества дефектов, что характеризуется ростом ЛК и снижением Лрс. ° Состояние материала во время приложения нагрузки и после ее снятия значительно различается.

По Лрс различие составлет до 5%, по ЛЯ— до 8%. ° Развитие магистрального дефекта (значительного роста отдельного дефекта) в материале отсутствует до нагрузки 60%. Для образцов Серии 2 можно сделать следующие выводы: ° Общее поведение характеризует склонность данного материала к хрупкому разрушению, без накопления макродефектов в структуре 20 материала. В соответствии с этим наличие в структуре материала технологических микродефектов может не вызывать разрушение образца при их развитии в процессе нагружения. ° Изменение Лрс свидетельствует о незначительном изменении структурной плотности, т.е.

перераспределении дефектов без их существенного накопления. В заключении диссертации приведены основные положения диссертации, характеризующие ее научное содержание как разработку нового метода и технического решения для повышения несущей способности конструкций нз ПКМ, за счет анализа структурной плотности. Приложения к диссертационной работе включают следующие материалы; копии актов внедрения результатов исследования; копия свидетельства о государственной регистрации патента на полезную модель № 157585 «Устройство для определения структуры материала илн изделия, преимущественно полимерного композиционного материала» от 22.09.2014. ВЫВОДЫ Для оценки изменений несущей способности авиационных конструкций разработана методика анализа поведения структуры материала в зависимости от силового воздействия на основе графических моделей накопления дефектов.

В результате анализа возможен выбор конструктивно-технологических параметров, повышающих несущую способность конструкций в процессе эксплуатации. Эффективность разработанной методики заключается в количественном описании процесса накопления дефектов в конструкции, позволяющем проводить сравнение механизмов разрушения при выборе различных конструктивно- технологических параметров. Цель диссертационной работы была достигнута за счет комплексного применения метода вычислительной рентгеновской томографии, создания напряженно-деформированного состояния в конструкции и статистической обработки результатов томографического исследования.

В диссертационной работе получены следующие основные результаты, обладающие научной новизной и практической ценностью: !. Анализ проектных работ и методов неразрушающего контроля, применяемых в авиационной промышленности, показал, что для изучения структуры ПКМ при выборе конструктивно-технологических параметров, влияющих на несущую способность, целесообразно применение метода ВРТ и исследование конструкций при силовом воздействии. 2. Предложены количественные критерии на базе осредненных по высоте рабочей зоны образца результатов томографической информации, 21 позволяющие сравнивать различные конструктивно-технологические параметры и исслеловать поведение конструкции при силовом воздействии.