CC BY
0
УДК 621.313.13.1
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ПРИ УДАРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
П. А. Матвеев1*, М.А. Бабушкин1, Н.Д. Якубович1 Научный руководитель - А. А. Фадеев
1 Муниципальное бюджетное образовательное учреждение Средняя школа № 64 Российская Федерация, 660069, г. Красноярск, ул. Московская, 2 2Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*Е-шай: pwolf2014@bk.ru
Работа посвящена исследованию композиционного материала при ударном воздействии и расчёту параметров удара, что позволяет использовать как в научных исследованиях, так и в технологических операциях изготовления деталей, в том числе ракетно-космической техники.
Ключевые слова: композиционный материал, ударное воздействие, параметры удара INVESTIGATION OF COMPOSITE MATERIAL UNDER IMPACT
PA. Matveev1*, M.A. Babushkin1, N. D. Yakubovich1 Scientific supervisor - A.A. Fadeev2
'Municipal Self-sustaining General Education Institution School № 64 2, Moskovskaya Str, Krasnoyarsk, 660069, Russian Federation, 2Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
*Е-mail: pwolf2014@bk.ru
The work is devoted to the study of composite material under impact and the calculation of impact parameters, which allows it to be used both in scientific research and in technological operations of manufacturing parts, including rocket and space technology.
Keywords: composite material, impact, impact parameters
Введение. В процессе эксплуатации изделия из композиционных материалов (КМ) подвергаются воздействию различных внешних силовых факторов (удар, вибрации, тепловое воздействие и др.), что влияет на прочностные свойства и является основой для выбора условий при конструировании КМ. Исследование ударного воздействия на КМ позволяют понять характер деформации и механизм его протекания. В качестве образца использовался углерод-углеродный композитный материал (УУКМ) толщиной 1 мм.
Параметры удара. Основной целью исследования является определение параметров удара возникающие при воздействии на композит [1-3]:
1. Деформация тела в зоне контакта. Его можно рассчитать по формуле:
х = bPn (1)
где, P - контактное усилие, Н; b и n - эмпирические коэффициенты, характеризующие упругопластические свойства материала (с учетом динамичности нагрузки)
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
2. Функции ¥}(п) и ¥2(п), показывающие отношение расстояния пройдённого буйка к деформации тела и силовое отношение:
УТТ
X
тах
2Р т
тах
МУ0
(2) (3)
где хтах - максимальная деформация; Ртах - максимальная сила деформации; у0 - начальная скорости сближения соударяющихся тел; т - длительности переднего фронта ударного импульса; М - приведенная масса.
3. Коэффициент силы сопротивления пластическому деформированию, где р -приведенная плотность материалов:
ср = рт^ (4)
рх Уо
где р - приведенная плотность материалов
Оборудование. Экспериментальная установка состояла из ударного стенда на основе линейного электродинамического привода ударного воздействия, датчиков (пьезоэлементы), осциллографа. При проведении удара образца, закрепленные на поверхности пьезоэлементы передавали показания на осциллограф, который выводил график изменения напряжения датчиков за время ударного воздействия (рис.1).
а) б)
Рис. 1. Осциллограмма удара: а - регистрация удара в различных точках (вдоль и поперек волокна) , б
- наложение осциллограмм (вдоль и поперек волокна)
Расчеты. На основе начальных данных и по результатам обработки экспериментальных данных были проведены расчеты основных параметров ударной системы (табл. 1.)
Таблица 1
Параметр Формула Средние значения Единицы измерения
Деформация, Хтах Хтах = ^33^5 4,2Е-09 м
Функция ¥1 (п) Т ад X тах 1023,809524
Параметр Формула Средние значения Единицы измерения
Функция ¥2 (п) 2Р т тах = рЛп) ЫУ0 22 ' 0,067109635
Коэффициент Ь (при п = 1) « 1 П N 2,94Е-10 см/кгс
Коэффициент силы сопротивления пластическому деформированию с = Р р р*Ч2 2,86675Е+13
Расчет деформации материала производился на основе показаний осциллографа с учетом пьезоэлектрического коэффициента датчика или относительной деформации [4]:
л
*=ц- (5)
где Лхц - изменение толщины пластины, м, (деформация кристалла); и - приложенное напряжение, В (показания осциллографа).
Выводы. На основе обработки экспериментальных данных были сделаны следующие выводы:
1. Разная величина упругой деформации при ударном воздействии в зависимости от направления углеродных волокон. Это объясняется анизотропией свойств материала;
2. Деформация материала вдоль и поперек волокон происходит в противоположных фазах;
3. Получившиеся величины параметров Ь и Ср композитного материала значительно превосходят величины металлов, что характеризует высокие механические характеристики композитных материалов.
Библиографические ссылки
1. Батуев Г.С., Голубков Ю.В., Ефремов А.К., Федосов А.А. Инженерные методы исследования ударных процессов. М.: Машиностроение, 1977. 240 с.
2. Ефремов А.К., Капустин А.В. Особенности воспроизведения ударных воздействий при механических испытаниях // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/322339.html (дата обращения 12.02.2022)
3. Сергеичев И.В., Антонов Ф.К., Сафонов А.А., Ушаков А.Е. Оценка остаточной прочности элементов композитных конструкций после низкоскоростного удара // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2013. №1 С. 36 - 44.
4. Физические эффекты в машиностроении: Справочник/ В. А. Лукьянец, 3. И. Алмазова, Н. П. Бурмистрова и др.; Под общ. ред. В. А. Лукьянца. М.: Машиностроение. 1993. 224 с.
© Бабушкин М.А., Матвеев П.А., Якубович Н.Д., 2022
