Диссертация (Изменение несущей способности авиационных конструкций из композиционных материалов в зависимости от силового воздействия), страница 10

Образец, установленный в патрон и после нагруженияПри увеличении растягивающей нагрузки и соответствующего ейдеформированногосостояниявметаллическомобразцеизмененияпараметров структуры материала (ЛКО и СКО) находятся в рамкахпогрешности всей системы измерений, также наблюдается уменьшениеплощадиисследуемогосечения,чтоподтверждаетдостоверностьполучаемых результатов исследований. Полученные значения представленыв Таблице 7.87Таблица 7Результаты испытаний алюминиевого образцаУровень нагрузкиЭтапµСнагруженияПлощадь,Sкв. мм.мВкгс012,601127830265,14113,13791123330464,81213,35568,51130029062,92314,231235,541128929863,82414,581500,841121731463,87514,861713,081125729362,5615,118951133330060,5На основе полученных данных можно сделать вывод о стабильностиработы оборудования и необходимой точности получения и сбораинформации.При проведении исследований на композиционных образцах былоопределено:1.влияниекорпусаприспособлениянаконечныепараметрысканирования – данного влияния не обнаружено на зонахдиаметром 125 мм.

При диметре контролируемого сечения 100 ммвыявленозначительноевлияниекорпусанарезультатсканирования.2.выбран угол первоначальной установки – при изменении данногопараметра, из-за переотражений, возникающих в конструкции,происходит постепенное изменение конечных томографических88параметров. Для предотвращения данного разброса был введенэлемент контроля угла поворота.В рамках предварительных исследований были выявлено:- необходимо проводить сканирование с учетом первоначальногоположения образца;-присутствуетдостаточносильноеизменениеположенияконтролируемых сечений в образце при приложении нагрузки (до2 мм), поэтому необходим контроль данного параметра;- в связи с деформацией образца подтверждение повторяемостисечений по образцу свидетелю не является целесообразным.Для контроля изменения положения образца при приложении нагрузкибыли выбраны маркеры, обеспечивающие фиксацию изменения положениявысоты контролируемого сечения.

Маркеры выполняются из высокоплотногоматериала (плотность выше 10 г/см3) и располагаются на торцах образца. Вданной работе были использованы маркеры из медной проволоки диаметром0,1мм.Прииспользованиипроволокивозможнообеспечиватьповторяемость маркеров, а при расположении их на торце образцаперпендикулярно поверхности образца получать четкое изображение нарентгенограмме.

Точность позиционирования по таким меткам составляет±0,05 мм, что позволяет достаточно точно определять уходы, связанные сдеформациями образца и выборкой зазоров в приспособлении.Полученная при отработке маркеров рентгенограмма представлены нарис. 4989Рис. 49 Рентгенограмма, установленного в стенде образца с наклееннымимаркерами3.3.

Описание методики исследованияМетодика включает в себя три составных части – применение методаВРТ, количественных критериев оценки и стендовое приспособление (рис.50). Результатом исследования с применением данной методики являютсяграфические модели контролируемых характеристик структуры материала взависимостиотсиловоговоздействия.Количественныекритерии(основанные на применении метода ВРТ и статистической обработкеинформации) и стендовое приспособление разработаны в рамках даннойработы.90Рис.

50. Компоненты методикиПредлагаемая методика включает следующие этапы: Подготовка образца Формирование матрицы нагружения и сетки сканирования Установка образца в испытательный стенд Предварительное нагружение на нагрузку 200-300 кгс, длявыборки зазоров и обеспечение жесткости стенда, в противномслучае, из-за колебания отдельных элементов приспособлениявозникают нежелательные артефакты сканирования. Проведениесканированиявсоответствиисматрицейисследования – сканирование проводится, начиная с фиксациибазового (исходного) состояния образца. Фиксация ЛКО через программное обеспечение томографа.91 Обработка результатов и формирование заключения о поведенииконтролируемых критериев в зависимости от приложеннойнагрузки.На рис. 51 представлена функциональная схема работы системы ипорядок обмена информации при проведении исследования.Вкачествевыходнойинформациииспользуютсяданныеораспределении структурной плотности и характеристики НДС – деформацияи уровень нагрузки.Рис.51.

Принципиальная схема лабораторного оборудованияВ подготовку образца входит наклеивание тензодатчиков и маркеров(рис.52),присканированияэтомидолжнобытьрасположенияобеспеченомаркеров.несовпадениеАналогичноесеткитребованиераспространяется на тензодатчики и провода, идущие к тензостанции. Сеткасканирования выбирается исходя из задач исследования и геометрическихособенностейконструкции(наличие92конструктивныхконцентраторов,ударных повреждений и т.д.).

В общем случае сечения сканирования должныбыть с равным шагом расположены вдоль всей высоты рабочей зоныобразца.При установке образца не должно возникать предварительныхдеформаций в теле образца. Угловые деформации будут ликвидироватьсяшарнирныммеханизмомвверхнейчастиобразца,параллельностьсвободным расположением патронов в резьбовых соединениях.Рис. 52. Схема образца для проведения исследованияМатрица сканирования формируется исходя из предварительногорасчета укладки образца с определением разрушающей нагрузки. В связи свозможным наличием ползучести в образце, в качестве контролируемогопараметра выбирается не деформация, а нагрузка.

Пример матрицынагружения представлена на рисунке 53. В общем виде она должна включать93в себя последовательное нагружение и снятие нагрузки с образца споэтапным увеличением нагрузки, вплоть до разрушающей.Подбор режимов сканирования выполняется на начальном этапе исохраняется неизменным в процессе исследования. При необходимостиперерасчета средних значений ЛКО в плотность необходимо использоватьобразец свидетель с известной плотностью.Рис.

53. Матрица проведения исследованияПосле проведения сканирования снимаются осредненные данные вкаждом сечении и производится расчет выходных критериев по формулам16-19.3.4. Выводы по Главе 3Основой разрабатываемой методики является возможность поэтапногоразвития дефектов в авиационных конструкциях из ПКМ. В соответствии ссуществующими теориями механики композиционного материала в нем94возможно несколько вариантов развития и распространения повреждений.Т.к.наповедениематериалавлияютразличныеконструктивно-технологические и эксплуатационные факторы, определение механикиповедения конкретного варианта ПКМ с использованием математическогоаппарата в зависимости от них становится достаточно трудоемкой задачей.Одним из методов является верификация предлагаемой модели разрушения идеградации свойств на основе анализа внутренней структуры конструкциинеразрушающими методами контроля.

Существующие методы анализапроцессов, проходящих внутри материала, могут констатировать наличиеповреждений, но также требуют подтверждения, в связи с оценкой состоянияматериала через косвенные параметры.Существующие расчетные методы тяжело подтвердить традиционнымиметодамиисследованиявнутреннейструктуры,чтозатрудняетихверификацию. При расчете с учетом критериев разрушения рассматриваетсяпоэтапное разрушение слоев или матрицы, что подразумевает рассмотрениенагруженного состояния. В связи с такой постановкой задачи возникаетнеобходимость проведения контроля непосредственно под нагрузкой.Для решения данной задачи с использованием предлагаемого методанеобходимо разработать специальный стенд, позволяющий совмещатьсозданиеНДСиисследованиевнутреннейструктурыобразца.Разработанный стенд позволяет создавать нагрузку с погрешностью ±25 кгс,при этом предусмотрено удержание нагрузки с помощью блока тарельчатыхпружин, что так же позволяет обеспечивать плавность приложения нагрузки.Применение маркеров из высокопрочного материала позволяет учитыватьвыборку зазоров в резьбовых соединениях и деформации образца приприложениинагрузки.Комплексрешенийпозволяетобеспечитьповторяемость выполнения сканирования и минимизировать влияниеартефактов, свойственных методу ВРТ при проведении исследования.95ГЛАВА 4.

АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯОБРАЗЦОВ ИЗ ПКМ4.1.Описание исследуемых образцов и параметров сканированияДля исследований топологии и изменений в структуре слоистыхполимерных композиционных материалов (ПКМ) при растяжении былиизготовлены плоские образцы двух серий:1. Серия 1 - углеродная лента УОЛ-300-1 (ТУ 1916-167-05763346-96производство ООО «Аргон») и связующего ЭПС-И-108 (ТУ 2225047-17411121-2012 производство ООО «Суперпласт»)2. Серия 2 - углеродная лента ЛУП-0,1Б ГОСТ 28006-98 и связующегоЭДТ-10П ПИ 1.2.029-77.Общий вид образцов представлен на рис. 54.

Для сниженияконцентрациинапряженийвзонеотверстияподзатяжнойболтиспользовалась втулка из 30ХГСА-2.Общая высота рабочей зоны составляет 200 мм, часть из которойзанята тензодатчиками продольной деформации. Ширина рабочей зоныобразца 40 мм, толщина 3 мм.Образцы изготовлены методом пропитки и формования под двойнымвакуумным пакетом (технологияDBVI) [41].Схема армированияпредставлены на рис. 55, укладка (0,+45,-45,90,-45,+45,0)4. Заготовка в видеплоской пластины формовалась согласно представленному на рис. 56графику зависимостей параметров технологического процесса от времени,затем на пластину наклеивались накладки из стеклопластика для установкиобразцов в зажимных захватах стенда для создания НДС в исследуемомобразце.