CC BY
1
УДК 678.5.067
АНАЛИЗ ДЕФЕКТОВ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Д. О. Руденко, Е.Ш. Саттарова, Е.В. Щербина Научный руководитель - Ю.Г. Малахова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: diarudenkoo@mail.ru
Исследованы дефекты высокотехнологичных композиционных материалов, причины их появления и основные методы неразрушающего контроля для их выявления.
Ключевые слова: композиционный материал, дефект, метод неразрушающего контроля. ANALYSIS OF STRUCTURAL DEFECTS MADE OF COMPOSITE MATERIALS
D.O. Rudenko, E.Sh. Sattarova, E.V. Shcherbina Scientific supervisor - Yu.G. Malakhova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: diarudenkoo@mail.ru
The defects of high-tech composite materials, the causes of their appearance and the main methods of non-destructive testing for detecting defects are investigated.
Keywords: composite material, defect, method of non-destructive testing.
Значительное развитие аэрокосмической промышленности вынуждает применение высокотехнологичных композиционных материалов при строении сооружений разного рода назначения. Уменьшение веса конструкций, механические и прочностные показатели, коррозийная стойкость, жёсткость, теплоизоляционные характеристики - основные факторы при выборе подходящего материала для конструкций аэрокосмического назначения. Композиционные материалы используют для построения внутренних и наружных конструкций. Принцип композиционных материалов заключается в том, что они не являются цельным материалом. Композиционные материалы - это конструкция, создаваемая в ходе изготовления изделия [1].
Образование дефектов композиционных материалов может быть связано не только с отсутствием достаточно безупречного оборудования, но и с рядом прочих причин, связанных с такими факторами, как нарушением технологического процесса, загрязненностью участка формирования структуры материала [2]. Проблема обеспечения высокого качества, прочности и надёжности конструкций из композиционных материалов аэрокосмического назначения, эксплуатируемых в жёстких производственных условиях, не может быть благополучно решена без применения действенных современных методов неразрушающего контроля.
Дефекты композиционных материалов поделены на два класса: производственные дефекты, которые возникают в конструкциях в процессе их изготовления, и эксплуатационные дефекты, появляющиеся в конструкции в процессе ее эксплуатации. Для
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 2
проведения анализа дефектов удобно представить их в виде групп, которые представлены в табл. 1 [3].
Таблица 1
Классификация дефектов__
Производственные дефекты Эксплуатационн ые дефекты
Микродефекты Минидефекты Макродефекты
Дефекты армирующих волокон (трещины, пустоты, изломы) Искривление волокон Трещины в глубине Механический износ
Разная степень натяжения волокон Вмятины на поверхности Усталостный износ
Мелкие риски, царапины, вмятины Расслоения, непроклеи
Производственные дефекты разделены на три группы: микро-, мини- и макродефекты [1]. Микродефекты - это дефекты армирующих волокон (микротрещины, микровключения, микропустоты, отклонения от формы, изломы), дефекты матрицы в промежутках между волокнами. Минидефекты - это крутка, искривления, разориентация волокон, мелкие риски, царапины, вмятины. Макродефекты - это трещины, пересекающие слои вглубь. Ниже представлена табл. 2 среднего числа дефектов конструкций из композиционных материалов [3].
Среднее число дефектов конструкций из композиционных материалов
Таблица 2
Дефект
Число дефектов
Накопл. сумма числа дефектов
Процент. число
Накопл. сумма процентов
1.Царапины
150
150
36,26
36,26
2. Трещины
80
195
25,15
61,32
3.Пустоты
53
248
16,66
77,98
4.Искревление волокон
10
310
3,15
86,05
5.Вмятины
19
299
5,97
94,02
6.Расслоения
10
309
3,14
97,16
7. Непроклеи
12
418
3,81
100
На основе данных из таблицы 2 можно построить диаграмму Парето, представленную на рис. 1.
12 3 4 5 6 7
Рис. 1-Диаграмма Парето
Из диаграммы видно, что такие дефекты, как царапины и трещины, приводят к 80% брака.
Ниже представлены одни из основных причин возникновения дефектов композиционных материалов:
1. Низкий уровень отверждения связующего. Причиной появления этого дефекта является несоответствие соотношения количества исходных компонентов в связующем;
2. Повреждение нитей или тканей армирующего материала. Дефект заключается в наличии разрушенных волокон в нити;
3. Инородные включения. Они обусловлены наличием инородного материала в исходные компоненты при изготовлении;
4. Пористость. Причинами пористости является несоблюдение режима формования: времени и величины приложенного давления;
5. Сухие пятна. Дефект заключается в появлении не пропитанных связующим зон;
6. Газовые раковины. Причинами появления газовых раковин являются повышенное содержание летучих элементов в композите, нарушение режимов формования или полимеризации;
7. Расслоения. Причинами расслоения являются попадание различных смазок и пленок внутрь материала, нарушение режимов изготовления;
8. Неприклеи. Причина появления - отсутствие или нехватка связующего на поверхностях слоев;
9. Трещины. Причинами появления трещин являются нарушение режима изготовления, скорости охлаждения, механическое воздействие высокой интенсивности;
10. Искаженная структура композиционного материала. Причиной появления дефекта являются ошибки в раскрое и выкладке тканевого пакета.
В настоящее время в практике неразрушающего контроля композиционных материалов для выявления дефектов нашли применение следующие методы:
- метод дефектоскопии и толщинометрии, позволяющий обнаружить внутренние макродефекты;
- метод дефектоскопии, обнаруживающий поверхностные макродефекты деталей из композиционных материалов: подмятия, царапины, выкрашивания по кромкам отверстия и гнезд, сколы, а также внутренние дефекты, выходящие на поверхность детали;
- метод, позволяющий представить внутреннюю структуру материала в исследуемой зоне и обнаружить складки, свили, отклонения угла армирования;
- метод диагностики, позволяющий определять ресурс работы детали или конструкции из композиционных материалов [3].
Таким образом, в работе представлены основные дефекты конструкций из композиционных материалов в деталях и узлах аэрокосмических эксплуатируемых объектов и методы неразрушающего контроля, позволяющие их выявить.
Библиографические ссылки
1. Воробей В. В., Маркин В. Б. Контроль качества изготовления и технология ремонта композитных конструкций. - Новосибирск: Наука, 2012. 190 с.
2. Барашков Н. Н. Полимерные композиты: получение, свойства, применение. М. : Наука, Переиздание, 2015. 92 с.
3. Мурашов В. В., Румянев А. Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов и методы их выявления. Ч. 2. Методы выявления дефектов монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов. // Контроль. Диагностика. 2017. № 5. С 23-28.
© Руденко Д О., Саттарова Е.Ш., Щербина Е. В. 2022
