Eksperimental'noe issledovanie vliyaniya vysokotemperaturnoy obrabotki tkanogo napolnitelya na prochnostnye svoystva uglerodnykh kompozitov

Abstract


Исследуется поведение углеродного композита (УКМ) в процессе механических испытаний на растяжение и сжатие. Образцы для испытаний изготавливались из углеродных заготовок с разных технологических этапов производства углерод-углеродного композита. В качестве армирующего компонента материала использовались два типа наполнителя, один из которых подвергался дополнительной высокотемпературной обработке. Механические испытания проводились на универсальной электромеханической системе Instron 5882 с использованием бесконтактного видеоэкстензометра AVE Instron для записи продольных деформаций в образце. В процессе испытаний проводилась непрерывная запись сигналов акустической эмиссии (АЭ) системой AMSY-6 с использованием высокочастотных преобразователей с рабочим диапазоном частот 450-1150 кГц. Во избежание записи шумов, возникающих от рабочих частей испытательной машины, проводилась фильтрация сигналов по низкочастотной компоненте. Также проводилась синхронизация системы записи сигналов АЭ с видеоэкстензометром и установкой для механических испытаний. По полученным результатам строились графики зависимостей нагрузки и параметров сигналов АЭ (пиковая амплитуда, энергетический параметр) от перемещений, а также распределения пиковых амплитуд от количества сигналов. На основании значений параметров выделялись основные механизмы разрушения композита. В зависимости от технологического этапа и типа используемого наполнителя у образцов выявлены различия в процессе накопления повреждений. Сделано предположение, что у материала на основе наполнителя, подвергаемого дополнительной высокотемпературной обработке, наблюдается худшая адгезия компонентов, чем у материала без дополнительной обработки наполнителя. Также выявлено, что изучение прочностных свойств и механизмов разрушения заготовок УКМ с начальных этапов изготовления позволяет спрогнозировать поведение готового материала, без прохождения дорогостоящего и длительного процесса производства.

About the authors

A I Shilova

Perm National Research Polytechnic University

Email: cem.shilova@gmail.com

D S Lobanov

Perm National Research Polytechnic University

Email: cem.lobanov@gmail.com

V E Wildemann

Perm National Research Polytechnic University

Email: wildemann@pstu.ru

Y B Lyamin

OOO Ural Research Institute of Composite Materials

Email: uniikm@yandex.ru

References

  1. Tamas P., Czigany T. Investigation of mechanical properties and crack propagation behaviour of hybrid composites with epoxy resin matrix // Materials science forum. - 2013. - Vol. 729. - Р. 284-289.
  2. Kumosa M. Acoustic emission monitoring of stress corrosion cracks in aligned GRP // Journal of physics D: Applied physics. - 1987. - Vol. 20. - Р. 69-74.
  3. Han W.Q., Zhou J.Y. Acoustic emission characterization methods of damage modes identification on carbon fiber twill weave laminate // Science China: Technological sciences. - 2013. - Vol. 56. - No. 9. - Р. 2228-2237.
  4. Influence of water ageing on mechanical properties and damage events of two reinforced composite materials: Flax-fibres and glass-fibres / M. Assarar, D. Scida, A. El Mahi, C. Poilane, R. Ayad // Materials and design. - 2011. - Vol. 32. - No. 2. - Р. 788-795.
  5. Quantification of failure mechanisms in model loading of fiber reinforced plastics utilizing acoustic emission analysis / M.G.R. Sause, T. Muller, A. Horoschenkoff, S. Horn // Composites science and technology. - 2012. - Vol. 72. - No. 2. - Р. 167-174.
  6. Wang Y., Zhang L., Cheng L. Effect of yarn sizes on the tensile damage evolution of a C/SiC composite fabricated by chemical vapor infiltration // Applied composite materials. - 2011. - Vol. 18. - Р. 165-174.
  7. Czigany T., Deak T., Tamas P. Discontinuous basalt and glass fiber reinforced PP composites from textile prefabricates: Effects of interfacial modification on the mechanical performance // Composite Interfaces. - 2008. - Vol. 15. - No. 7-9. - Р. 697-707.
  8. Tamas P., Czigany T. Investigation of mechanical properties and crack propagation behavior of hybrid composites with epoxy resin matrix // Materials science forum. - 2013. - Vol. 729. - Р. 284-289.
  9. Исследование механизмов разрушения углеродных композиционных материалов на основе механических испытаний с регистрацией сигналов акустической эмиссии / А.И. Шилова, В.Э. Вильдеман, Д.С. Лобанов, Ю.Б. Лямин // Вестник ПНИПУ. Механика. - 2013. - № 4. - С. 169-177.
  10. A study on the failure mechanisms of carbon fiber/epoxy composite laminates using acoustic emission / P.F. Liu, J.K. Chu, Y.L. Liu, J.Y. Zheng // Materials and design. - 2012. - Vol. 37. - Р. 228-235.
  11. Park J.M., Kim J.W., Yoon D.J. Interfacial evaluation and microfailure mechanisms of single carbon fiber/bismaleimide (BMI) composites by tensile and compressive fragmentation tests and acoustic emission // Composites science and technology. - 2002. - Vol. 62. - Р. 743-756.
  12. Fracture mechanisms in unnotched and notched SiC/SiC composites studied by acoustic emission analysis / M. Shiwa, O.Y. Chen, T. Kishi, S. Carpenter, S. Mitsuno, H. Ichikawa, Y.T. Lee, S.T. Kim, T.S. Lee // Materials transactions. - 1995. - Vol. 36. - No. 4. - Р. 511-517.
  13. Zhuang X., Yan X. Investigation of damage mechanisms in self-reinforced polyethylene composites by acoustic emission // Composite science and technology. - 2006. - Vol. 66. - Р. 444-449.
  14. Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. - М.: Химия, 1981. - 272 с.
  15. Экспериментальные исследования свойств материалов при сложных термомеханических воздействиях / В.Э. Вильдеман [и др.]; под ред. В.Э. Вильдемана. - М.: Физматлит, 2012. - 204 с.
  16. Оценка эффективности ремонта в конструкциях из полимерных волокнистых композиционных материалов / А.Н. Аношкин, В.Э. Вильдеман, Д.С. Лобанов, А.И. Чихачев // Механика композитных материалов. - 2014. - № 3. - С. 441-450.
  17. Лобанов Д.С., Бабушкин А.В. Методика испытаний на одноосное растяжение однонаправленных композиционных материалов при пониженных температурах // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. - 2012. - № 4. - С. 33-41.
  18. Research of the effectiveness of mechanical testing methods with analysis of features of destructions and temperature effects / A.V. Babushkin, D.S. Lobanov, A.V. Kozlova, I.D. Morev // Frattura ed Integrita Strutturale. - 2013. - Vol. 24. - Р. 89-95.
  19. Механика материалов. Методы и средства экспериментальных исследований: учебное пособие / под ред. В.Э. Вильдемана. - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2011. - 165 с.
  20. Иванов В.И., Власов И.Э. Метод акустической эмиссии // Неразрушающий контроль: справочник: в 8 т. / под общ. ред. В.В Клюева. - М.: Машиностроение, 2006. - Т. 7, кн. 1. - 829 с.

Statistics

Views

Abstract - 87

PDF (Russian) - 11

Cited-By


PlumX


Copyright (c) 2014 Shilova A.I., Lobanov D.S., Wildemann V.E., Lyamin Y.B.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies