zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2020-86-1-51-56zldm-1146Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛА: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMATERIALS MECHANICS: STRENGTH, DURABILITY, SAFETYИсследования функциональных и механических свойств полимерного композитного материала с памятью формы для рефлектора космической антенныExperimental study of the functional and mechanical properties of shape memory polymer composites for a reflector of the space antennaМосквичевЕ. В.MoskvichevEgor V.

Егор Владимирович Москвичев

660049, г. Красноярск, пр. Мира, д. 53

53, Mira prosp., 660049, Krasnoyarsk

jugr@icm.krasn.ruЛаричкинА. Ю.LarichkinAlexey Yu.

Алексей Юрьевич Ларичкин

630090, г. Новосибирск, пр. Лаврентьева, д. 15

15, Acad. Lavrentyev prosp., 630090, Novosibirsk

larichking@gmail.comИнститут вычислительных технологий СО РАН, Красноярский филиалРоссияInstitute of Computational Technologies SB RAS, Krasnoyarsk Branch OfficeRussian FederationИнститут гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАНРоссияLavrentyev Institute of Hydrodynamics SB RASRussian Federation2020300120208615156Copyright © Москвичев Е.В., Ларичкин А.Ю., 20202020Москвичев Е.В., Ларичкин А.Ю.Moskvichev E.V., Larichkin A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1146

В рамках научно-технических работ по созданию перспективных конструкций рефлекторов космических антенн проведены экспериментальные исследования полимерного композитного материала с эффектом памяти формы. Исследованный материал состоит из трех слоев углеродной биаксиальной ткани Ст 12073, пропитанных полимерной матрицей Diaplex MP5510 на основе полиуретана. Данный материал предназначен для изготовления шпангоута, применяемого в конструкции прецизионного композитного рефлектора космической антенны. Шпангоут при раскрытии рефлектора в транспортное положение принимает ранее заданную форму посредством нагрева, что позволяет увеличить жесткость оболочки рефлектора на периферии и повысить точность отражающей поверхности. Для изучения функциональных и механических свойств материала шпангоута при его изготовлении и различных режимах работы были проведены испытания образцов с различными схемами армирования: [03], [0/±60] и [0/±45]. Исследовали степень фиксации, степень восстановления и скорость восстановления формы в зависимости от схемы армирования, скорости деформирования и времени выдержки в деформированном состоянии. Для этого была разработана программа испытаний образцов, которая включала несколько этапов. На первых этапах проводили испытания на фиксацию и восстановление формы при трехточечном изгибе плоских образцов при скоростях деформирования 1,5 и 10 мм/с и времени выдержки в деформированном состоянии в течение 24, 48 и 96 ч. По результатам испытаний материал со схемой армирования [03] принят как оптимальный для изготовления шпангоута, поскольку имел максимальные степень и скорость восстановления формы. Для выбранного материала на заключительном этапе исследований определяли модуль упругости и предел прочности при различных температурах эксплуатации шпангоута: –50, +20 и +60 °C. Проведенные исследования показали, что исследованный композитный материал обладает требуемым эффектом памяти формы и является перспективным для изготовления шпангоута при условии применения теплоизоляции.

Experimental study of the shape memory polymer composite is carried out as a part of scientific and technological work aimed at development of the new promising reflectors for space antenna. The studied material consists of three-layered carbon biaxial fabric St 12073 impregnated with a polyurethane-based Diaplex MP5510 polymer matrix. This material is intended for manufacturing a frame used in the construction of a precise composite reflector of space antenna. When opening the reflector to the transport position, the rim activated by heating recovers a previously specified shape thus increasing the rigidity of the reflector at the periphery and enhancing the accuracy of the reflecting surface. To study the functional and mechanical properties of the rim material in manufacturing and operating conditions, experimental tests were carried out on the samples with different schemes of reinforcement: [03], [0/±60] and [0/±45]. The main goal of the study is to determine the degree and rate of the shape recovery, reinforcement angles, deformation rate and exposure time in the strained state. The developed test program included several stages. At the first stages, tests were carried out for fixing and restoring the shape upon three-point bending of flat samples at a strain rate of 1, 5, and 10 mm/sec and exposure of the specimens in deformed state for 24, 48, and 96 h. According to the results the material with the reinforcement angles [03] was accepted as optimal for the rim design, as it has maximal shape recovery parameters. For the selected material at the final stage of the study, the elastic modulus and tensile strength were determined at operating temperatures –50, +20, and +60°C. The tests showed that the studied polymer composite material has the desired shape memory properties and is promising for the rim manufacturing provided the heat insulation during operation.

композитный материалпамять формырефлекториспытаниямеханические свойстваcomposite materialshape memoryreflectortestingmechanical propertiesReferencesMeng H., Li G. A review of stimuli-responsive shape memory polymer composites / Polymer. 2013. Vol. 54. N 9. P. 2199 – 2221.Meng H., Li G. A review of stimuli-responsive shape memory polymer composites / Polymer. 2013. Vol. 54. N 9. P. 2199 – 2221.US Pat. 5128197. Kobayashi K., Hayashi S. Woven fabric made of shape memory polymer.US Pat. 5128197. Kobayashi K., Hayashi S. Woven fabric made of shape memory polymer.Nelson A. Stimuli-responsive polymers: engineering interactions / Nat Mater. 2008. N 7. P. 523 – 525.Nelson A. Stimuli-responsive polymers: engineering interactions / Nat Mater. 2008. N 7. P. 523 – 525.Leng J., Lan X., Yanju Liu Y., Du S. Shape-memory polymers and their composites: Stimulus methods and applications / Progress in Materials Science. 2011. Vol. 56. N 7. P. 1077 – 1135.Leng J., Lan X., Yanju Liu Y., Du S. Shape-memory polymers and their composites: Stimulus methods and applications / Progress in Materials Science. 2011. Vol. 56. N 7. P. 1077 – 1135.Mather P., Luo X., Rousseau I. Shape Memory Polymer Research / Annu. Rev. Mater. Res. 2009. N 39. P. 445 – 471.Mather P., Luo X., Rousseau I. Shape Memory Polymer Research / Annu. Rev. Mater. Res. 2009. N 39. P. 445 – 471.Liu Y., Du H., Liu L., Leng J. Shape memory polymers and their composites in aerospace applications: a review / Smart Materials Structures. 2014. Vol. 23. N 2. P. 23001 – 23022.Liu Y., Du H., Liu L., Leng J. Shape memory polymers and their composites in aerospace applications: a review / Smart Materials Structures. 2014. Vol. 23. N 2. P. 23001 – 23022.Keller P., Lake M., Codell D., Barrett R., Taylor R., Schultz M. Development of Elastic Memory Composite Stiffeners for a Flexible Precision Reflector / 47th AIAA/ASME/ ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. 2006.Keller P., Lake M., Codell D., Barrett R., Taylor R., Schultz M. Development of Elastic Memory Composite Stiffeners for a Flexible Precision Reflector / 47th AIAA/ASME/ ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. 2006.Lake M. S., Beavers F. L. The fundamentals of designing deployable structures with elastic memory composites / 43rd Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. 2002.Lake M. S., Beavers F. L. The fundamentals of designing deployable structures with elastic memory composites / 43rd Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. 2002.Goldobina Y. L., Shalkov V. V. Perspective large-sized transformable reflector of umbrella type / Proc. 19th Inter. Sci. Conf. «Reshetnev readings». 2015. N 19. P. 99 – 101.Goldobina Y. L., Shalkov V. V. Perspective large-sized transformable reflector of umbrella type / Proc. 19th Inter. Sci. Conf. «Reshetnev readings». 2015. N 19. P. 99 – 101.Okhotkin K. G., Vlasov A. Yu., Zakharov Yu. V., Annin B. D. Analytical modeling of the flexible rim of space antenna reflectors / Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2017. Vol. 58. N 5. P. 924 – 932.Okhotkin K. G., Vlasov A. Yu., Zakharov Yu. V., Annin B. D. Analytical modeling of the flexible rim of space antenna reflectors / Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2017. Vol. 58. N 5. P. 924 – 932.Moskvichev E. V., Khakhlenkova A. A. Surface accuracy analysis of rigid reflector in mechanical and thermal loading / AIP Conf. Proc. 2017. Vol. 1915.Moskvichev E. V., Khakhlenkova A. A. Surface accuracy analysis of rigid reflector in mechanical and thermal loading / AIP Conf. Proc. 2017. Vol. 1915.Zhang C. S., Ni Q. Q. Bending behavior of shape memory polymer based laminates / Compos. Struct. 2007. N 78. P. 153 – 161.Zhang C. S., Ni Q. Q. Bending behavior of shape memory polymer based laminates / Compos. Struct. 2007. N 78. P. 153 – 161.Merline J. D., Reghunadhan Nair C. P. Carbon/Epoxy Resin Based Elastic Memory Composites / Eurasian ChemTech Journal. 2012. N 14. P. 227 – 232.Merline J. D., Reghunadhan Nair C. P. Carbon/Epoxy Resin Based Elastic Memory Composites / Eurasian ChemTech Journal. 2012. N 14. P. 227 – 232.Abrahamson E. R., Lake M. S., Munshi N. A., Gall K. Shape Memory Mechanics of an Elastic Memory Composite Resin / Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2003. N 14. P. 623 – 632.Abrahamson E. R., Lake M. S., Munshi N. A., Gall K. Shape Memory Mechanics of an Elastic Memory Composite Resin / Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2003. N 14. P. 623 – 632.Sutton M., Orteu J., Shreier H. Image correlation for shape, motion and deformation measurements: basic concepts, theory and applications. — Springer Science + Bussines media, 2009. — 321 p.Sutton M., Orteu J., Shreier H. Image correlation for shape, motion and deformation measurements: basic concepts, theory and applications. — Springer Science + Bussines media, 2009. — 321 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.