Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Влияние добавления нанопорошков на прочность многослойных композитных материалов

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-8-42-50

Полный текст:

Аннотация

Модифицирование полимеров наполнителями позволяет изменять их физико-механические свойства. Цель работы — исследование влияния нанодисперсных добавок и других порошкообразных веществ на прочность многослойных композиционных материалов (КМ). Изготовлена серия многослойных композитных образцов на основе стеклоткани и углеродной ткани с добавлением в эпоксидную полимерную матрицу наполнителей с концентрацией 1 и 3 % масс. В качестве наполнителей использовали нанопорошки диоксида кремния Таркосил (Т20, Т50, Т80, Т110), мелкодисперсные порошки меди, коллагена и волокна целлюлозы. Проведены два вида испытаний: на сжатие и на удар. Введение нанопорошка в КМ приводит к изменению прочностных свойств материала, максимальную нагрузку при сжатии выдерживают образцы с наноматериалом Т110 (концентрация 1 и 3 % масс.). Перспективны также композиционные материалы с наполнителями из биоактивного материала и волокон микрокристаллической целлюлозы. Представлены результаты испытаний на удар образцов с наполнителями и компьютерного моделирования процессов соударения и пробивания образцов с использованием программного продукта ANSYS/LS-DYNA. Методика численного моделирования процесса удара позволила исследовать динамику деформирования и разрушения многослойных образцов. Испытания образцов на удар проводили с разными скоростями — от 380 до 450 м/с. При этом наблюдали либо пробивание пластин из КМ, либо повреждение типа расслоения и расщепления. В многослойных композитных образцах с наполнителями при испытании на удар появлялись межслойные дефекты в виде расслоения. Образцы без добавок при ударе пробивались насквозь. Экспериментальные результаты повреждаемости многослойных пластин после удара соответствовали данным компьютерного моделирования.

Об авторах

Л. А. Бохоева
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления
Россия

Любовь Александровна Бохоева

Россия, 670033, г. Улан-Удэ, Ключевская ул., д. 40в/1



А. Б. Балданов
Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления
Россия

Алдар Батомункуевич Балданов

Россия, 670033, г. Улан-Удэ, Ключевская ул., д. 40в/1



В. Е. Рогов
Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Виталий Евдокимович Рогов

Россия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, д. 6



А. С. Чермошенцева
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
Россия

Анна Сергеевна Чермошенцева

Россия, 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5/1



Т. Амин
Технологический университет Петронас; Университет Малайзии Теренггану
Малайзия

Топа Амин

Малайзия, 32610, Перак

Малайзия, 21300, Куала-Теренггану



Список литературы

1. Брусенцева Т. А., Филиппов А. А., Фомин В. М., Смирнов С. В., Веретенникова И. А. Модификация эпоксидной смолы наночастицами диоксида кремния и технология получения композитов на их основе / Механика композитных материалов. 2015. Т. 51. № 4. С. 747 – 756. DOI: 10.1007/s11029-015-9523-6

2. Брусенцева Т. А., Зобов К. В., Филиппов А. А. Базарова Д. Ж, Лхасаранов С. А., Чермошенцева А. С., Сызранцев В. В. Введение нанопорошков и механические свойства материалов на основе эпоксидных смол / Наноиндустрия. 2013. ¹ 3(41). С. 24 – 31.

3. Lauke B. Effect of particle size distribution on debonding energy and crack resistance of polymer composites / Comp. Mater. Sci. 2013. Vol. 77. P. 53 – 60. DOI: 10.1016/j.commatsci.2013.04.017

4. Liu L., Li L., Gao Y. Single carbon fiber fracture embedded in an epoxy matrix modified by nanoparticles / Composites Sci. Technol. 2013. Vol. 77. P. 101 – 109. DOI: 10.1016/j.compscitech.2012.12.015

5. Ryu S.-R., Lee J.-M., Lee D.-J. Effects of surface treatments and silica size of mechanical properties of silica-reinforced elastomeric composites / Rubber Chem. Technol. 2014. Vol. 87. N 2. P. 264 – 275. DOI: 10.5254/rct.13.87900

6. Золотарева В. В. Влияние нанопорошков на механические и адгезионные свойства эпоксидных полимеров / Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2016. № 1. С. 141 – 148.

7. Покровский А. М., Чермошенцева А. С. Экспериментальное исследование влияния нанодобавок на свойства композиционных материалов с межслойными дефектами / Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 3. С. 212 – 221.

8. Рогов В. Е., Бохоева Л. А., Раднатаров В. Ц. Использование полимерных добавок для уменьшения изнашивания деталей двигателя / Вестник машиностроения. 2016. № 10. С. 60 – 62.

9. Лякишев Н. П. Нанокристаллические структуры — новое направление развития конструкционных материалов / Вестник РАН. 2003. Т. 73. № 5. С. 422 – 428.

10. Борисова Т. А., Филипов А. А., Фомин В. М. Исследование упругих характеристик материала с наличием в структуре нанодисперсного порошка / Известия Алтайского государственного университета. 2012. ¹ 1. С. 20 – 21.

11. Alamry A., Andri A. Properties of multifunctional composite materials based on nanomaterials: a review / RSC Adv. 2020. N 10. P. 16390 – 16403. DOI: 10.1039/c9ra10594h

12. Пат. 2715188 Российская Федерация, МПК B32B27/18, B82Y30/00 Способ получения слоистого пластика / Рогов В. Е., Бохоева Л. А., Чермошенцева А. С.; заявитель и патентообладатель ООО МИП «Байкальский научный центр прочности». — № 2018130189; заявл. 20.08.18; опубл. 21.02.20, Бюл. № 6.

13. Бохоева Л. А., Бочектуева Е. Б. Исследование на сжатие слоистых композитов. — В сб.: III Международная конференция молодых ученых по современным проблемам материалов и конструкций. — Улан-Удэ: Изд-во БГУ, 2019. С. 173 – 179.

14. Зелепугин А. С., Зелепугин С. А. Численное моделирование разрушения многослойных композитов «титан – триалюминид титана» при высокоскоростном ударе / Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2017. № 11 – 2. С. 194 – 198.

15. Синельников Э. Г., Житный М. В., Гончаров П. С., Тимофеев Н. М. Результаты экспериментальных исследований высокоскоростного удара по разнесенной экранной защите / Известия Тульского государственного университета. 2019. № 6. С. 144 – 150.

16. Мягков Н. Н., Шумихин Т. А. Экспериментальное и численное исследование высокоскоростного взаимодействия ударника с дискретными экранами / Вестник Нижегородского университета им Н. И. Лобачевского. 2011. № 4(4). С. 1648 – 1650.

17. Бохоева Л. А., Бочектуева Е. Б., Балданов А. Б., Курохтин В. Ю. Расчет прочности слоистых плоских экранов при ударе с использованием CAD/CAE-систем. — В сб.: III Международная конференция молодых ученых по современным проблемам материалов и конструкций. — Улан-Удэ: Изд-во БГУ, 2019. С. 281 – 287.

18. Putzar R., Schäfer F. K. Experimental space debris simulation at EMI’s calibre 4 mm two-stage light gas gun / Conf. Proc. 5th European Conference on Space Debris, Darmstadt, Germany. 2009.

19. Opiela J. N., Liou J.-C., Anz-Meador P. D. Micrometeoroid and Orbital Debris Impact Feature Size and Position Data Collected During the Post-Flight Survey of the Hubble Wide Field Planetary Camera 2. NASA/TP-2012-217359. 2012.

20. Liu D., Malvern L. E. Matrix cracking in impacted glass/epoxy plates / J. Composite Mater. 1987. Vol. 21. N 7. P. 594 – 609. DOI: 10.1177/002199838702100701

21. Batra R. C., Gopinath G., Zheng J. Q. Damage and failure in low energy impact of fiberreinforced polymeric composite laminates / Composite Struct. 2012. Vol. 94. N 2. P. 540 – 547. DOI: 10.1016/j.compstruct.2011.08.015

22. Backer A., Dutton S., Kelly D. Composite Materials for Aircraft Structures. — Reston, VA: American Institute of Aeronautic and Astronautic, 2004. — 400 p.

23. Clark G., Saunders D. S. Morphology of impact damage growth by fatigue in carbon fiber composite laminates / Mater. Forum. 1991. Vol. 15. P. 333 – 342.


Для цитирования:


Бохоева Л.А., Балданов А.Б., Рогов В.Е., Чермошенцева А.С., Амин Т. Влияние добавления нанопорошков на прочность многослойных композитных материалов. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021;87(8):42-50. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-8-42-50

For citation:


Bokhoeva L.A., Baldanov A.B., Rogov V.E., Chermoshentseva A.S., Ameen T. The effect of the addition of nanopowders on the strength of multilayer composite materials. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2021;87(8):42-50. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-8-42-50

Просмотров: 212


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