Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Определение характеристик трещиностойкости слоистых углепластиков на образцах без инициатора трещины с применением метода акустической микроскопии

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-8-58-64

Полный текст:

Аннотация

Одним из параметров трещиностойкости углепластиков является вязкость разрушения, которая представляет собой изменение энергии упругой деформации элемента конструкции при увеличении площади трещины на единицу в момент страгивания. В процессе исследования вязкости разрушения определяется положение фронта трещины — исходной и полученной в результате ее роста. Существующие в настоящее время стандарты испытаний (СТО ЦАГИ, ASTM D7905) определяют вязкость по моде сдвига GIIc на образцах с инициатором трещины. Такой способ не отражает реальные условия возникновения трещин в конструкциях из ПКМ и может приводить к снижению точности при определении нагрузки страгивания трещины. В ЦАГИ разработана методика определения вязкости разрушения ПКМ при сдвиге GIIc на образцах без стандартного инициатора расслоений. Цель работы — проведение исследований для отработки данной методики. Значения GIIc определяли для трещины, образованной сдвигом в условиях трехточечного изгиба после расклинивания. Для определения положения и формы фронта трещины, а также оценки динамики ее распространения при последующих нагрузках вместо стандартного визуального наблюдения ее границ с торцевой поверхности образцов использовали ультразвуковые методы — ультразвуковую дефектоскопию (УЗК) и акустическую микроскопию. Установлено, что акустическая микроскопия на частоте 50 МГц позволяет определять положение фронта трещины в образцах из углепластика на глубине 3,0 – 3,5 мм с высоким разрешением, в данном случае — 100 мкм. Отмечены особенности распространения трещины в процессе роста в условиях сдвига. Результаты исследований показали, что высокая точность акустической микроскопии по сравнению с традиционной ультразвуковой диагностикой востребована при определении формы трещины, для анализа динамики ее распространения и выявления механизмов распространения межслоевых трещин в композиционной среде.

Об авторах

А. В. Панков
Центральный Аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского
Россия
Андрей Вячеславович Панков


В. Л. Токарь
Центральный Аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского
Россия
Владимир Леонидович Токарь


Ю. С. Петронюк
Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля Российской академии наук
Россия

Юлия Степановна Петронюк

119334, Москва, ул. Косыгина, д. 4



В. М. Левин
Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля Российской академии наук
Россия
Вадим Моисеевич Левин


Е. С. Мороков
Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля Российской академии наук
Россия
Егор Степанович Мороков


Т. Б. Рыжова
Центральный Аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского
Россия
Татьяна Борисовна Рыжова


И. В. Гулевский
Центральный Аэрогидродинамический институт им. проф. Н. Е. Жуковского
Россия
Игорь Владимирович Гулевский


Список литературы

1. Pettit D. E., Lauraitis K. N., Cox J. M. Advanced residual strength degradation rate modeling for advanced composite structures / AFWAL-TR-79-3095. Vol. I. Task I: preliminary screening, 1979.

2. Loss of Rudder in Flight Air Transat Airbus A310-308 C-GPAT, Miami, Florida, 90 nm S, 6 March 2005, Transportation Safety Board of Canada / Report Number A05F0047, 2005.

3. Schoen J., Nyman T., Blom A., Ansell H. A numerical and experimental investigation of delamination behavior in the DCB specimen / Composite Science and Technology. 2000. Vol. 60. N 2. P. 173 – 184.

4. Perez Carlos L., Davidson Barry D. Evaluation of Precracking Methods for the End-Notched Flexure Test / AIAA Journal. 2007. Vol. 45. N 11. P. 2603 – 2611.

5. Frossard G., Cugnoni J., Gmür T., Botsis J. Ply thickness dependence of the intralaminar fracture in thin-ply carbonepoxy laminates / Composites Part A. 2018. N 109. P. 95 – 104.

6. Jones R., Kinloch A. J., Hu W. Cyclic-fatigue crack growth in composite and adhesively bonded structures: The FAA slow crack growth approach to certification and the problem of similitude / International Journal of Fatigue. 2016. Vol. 88. N 10. P. 8.

7. Яковлев Н. О., Гуляев А. И., Лашов О. А. Трещиностойкость слоистых полимерных композиционных материалов (обзор) / Труды ВИАМ. 2016. № 4(40). С. 106 – 114.

8. Крылов В. Д., Яковлев Н. О., Курганова Ю. А., Лашов О. А. Межслоевая трещиностойкость конструкционных полимерных композиционных материалов / Авиационные материалы и технологии. 2016. № 1(40). С. 79 – 85.

9. Яковлев Н. О., Гуляев А. И., Крылов В. Д., Шуртаков С. В. Микроструктура и свойства конструкционных композиционных материалов при испытании на статическую межслоевую трещиностойкость / Новости материаловедения. Наука и техника. 2016. ¹ 1(19). С. 65 – 74.

10. Funaria M. F., Grecoa F., Lonettia P., Lucianob R., Penna R. An interface approach based on moving mesh and cohesive modeling in Z-pinned composite laminates / Composites Part B. 2018. N 135. P. 207 – 217.

11. Krueger R. Computational fracture mechanics for composites. State of the art and challenges. Presented at the NAFEMS Nordic Seminar: Prediction and Modelling of Failure Using FEA. — Copenhagen/Roskilde, Denmark, 2006.

12. Pascoe J. A., Alderliesten R. C., Benedictus R. Methods for the prediction of fatigue delamination growth in composites and adhesive bonds — A critical review / Engineering Fracture Mechanics. 2013. Vol. 112 – 113. P. 72 – 96.

13. Xie J., Waas A. M., Rassaianc M. Estimating the process zone length of fracture tests used in characterizing composites / International Journal of Solids and Structures. 2016. N 100 – 101. P. 111 – 126.

14. Clay S. How ready are progressive damage analysis tool? / Composites World. July 2017. Vol. 3. N 7. P. 8 – 10.

15. ASTM D7905/D7905M-14. Standard Test Method for Determination of the Mode II Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2014.

16. ГОСТ 33685–2015. Метод определения удельной работы расслоения в условиях сдвига GIIc. Композиты полимерные. — М.: Стандартинформ, 2016.

17. Закутайлов К. В., Левин В. М., Петронюк Ю. С. Ультразвуковые методы высокого разрешения: визуализация микроструктуры и диагностика упругих свойств современных материалов (обзор) / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2009. Т. 75. ¹ 8. С. 28 – 34.

18. Petronyuk Y., Morokov E., Levin V., Ryzhova T., Chernov A., Sherbakov V., Shanygin A. Study of failure mechanisms of CFRP under mechanical load by impulse acoustic microscopy / Polymer Engineering Science. 2017. N 57. P. 703 – 708.

19. Morokov E. S., Levin V. M. Spatial Resolution of Acoustic Microscopy in the Visualization of Interfaces inside a Solid / Acoustical Physics. 2019. N. 65. P. 165 – 170.


Для цитирования:


Панков А.В., Токарь В.Л., Петронюк Ю.С., Левин В.М., Мороков Е.С., Рыжова Т.Б., Гулевский И.В. Определение характеристик трещиностойкости слоистых углепластиков на образцах без инициатора трещины с применением метода акустической микроскопии. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020;86(8):58-65. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-8-58-64

For citation:


Pankov A.V., Tokar V.L., Petronyuk Yu.S., Levin V.M., Morokov E.S., Ryzhova T.B., Gulevsky I.V. Determination of fracture toughness for carbon fiber reinforced plastics free of the crack initiator using the acoustic microscopy. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2020;86(8):58-65. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-8-58-64

Просмотров: 43


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)