Научная статья на тему 'ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЯ ЖЕСТКОСТИ УГЛЕПЛАСТИКОВ С ГИБРИДНОЙ МАТРИЦЕЙ'

ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЯ ЖЕСТКОСТИ УГЛЕПЛАСТИКОВ С ГИБРИДНОЙ МАТРИЦЕЙ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
29
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГИБРИДНАЯ МАТРИЦА / ЖЕСТКОСТЬ / ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ / ПРОГИБ / УГЛЕПЛАСТИК

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Косенко Е.А.

Одной из важнейших характеристик конструкционных материалов является их жесткость. Обеспечение требуемой жесткости является залогом долговечности и эффективной эксплуатации конструкции. Вариация составов полимерных композиционных материалов (ПКМ), внедрение в их структуру различных добавок и модификаторов приводит к изменению не только эксплуатационных свойств композитов, но также и их жесткости. Достижение положительного эффекта по ряду одних свойств может привести к потере других. В данной статье представлено описание технологии формования полимерных композиционных материалов с гибридной матрицей. Особенностью данных материалов является то, что гибридная матрица формируется двумя материалами, один из которых (основное связующее) после формования полностью отверждается, а второй сохраняет свое «жидкое» состояние и представляет в структуре композита самостоятельную фазу. Такие ПКМ обладают переменной по объему материала жесткостью, вследствие чего возникает необходимость экспериментального исследования влияния количества и схемы локации компонента «жидкой» фазы на данный показатель. Изложена технология лабораторного метода определения жесткости образцов ПКМ, заключающаяся в измерении максимального прогиба плоского образца под действием статически приложенной нагрузки. Измерение осуществлюсь на образцах углепластиков с гибридной матрицей, формируемой эпоксидным связующим и силиконовым эластомером. Оценивалось влияние количества и схемы локации силиконового эластомера в структуре композита, а также масштабного эффекта на величину максимального прогиба. Количество силиконового эластомера суммарно во всех зонах локации принималось 0,25 и 0,50 мл, при этом варьировалось количество зон локации и их направление относительно длины образца. Установлено, что продольная локация силиконового эластомера в образцах ПКМ приводит к наибольшему снижению их жесткости. Количество силиконового эластомера в зоне локации не оказывает существенного влияния на изменение жесткости образцов. Увеличение количества слоев армирующей ткани в 2 раза позволяет снизить прогиб испытуемых образцов в 7-10 раз в зависимости от прикладываемой нагрузки, а удвоение ширины образцов и зон локации силиконового эластомера приводит к уменьшению максимального прогиба в 2 раза. С увеличением толщины ПКМ у образцов с силиконовым эластомером значения максимального прогиба под действием различных статически приложенных нагрузок аналогичны значениям данного показателя углепластиков такой же толщины без компонента «жидкой» фазы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Косенко Е.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EVALUATION OF THE STIFFNESS INDEX OF CARBON FIBER REINFORCED PLASTICS (CFRP) WITH A HYBRID MATRIX

One of the most important characteristics of structural materials is their stiffness. Ensuring the required stiffness is the key to durability and efficient operation of the structure. Variation in the compositions of polymer composite materials (PCM), the introduction of various additives and modifiers into their structure leads to changes not only in the operational properties of composites, but also in their stiffness. Achieving a positive effect on a number of some properties can lead to the loss of others. This article describes the technology of forming polymer composite materials with a hybrid matrix. The peculiarity of these materials is that the hybrid matrix is formed by two materials, one of which (the main binder) is completely cured after molding, and the second retains its "liquid" state and represents a separate phase in the composite structure. Such PCM have a variable stiffness of material, which makes it necessary to experimentally study the effect of the quantity and location scheme of the "liquid" phase component on this indicator. The technology of the laboratory method for determining the stiffness of PCM samples is described, which consists in measuring the maximum deflection of a flat sample under the action of a statically applied load. The measurement was carried out on carbon fiber reinforced plastic samples with a hybrid matrix formed by an epoxy binder and a silicone elastomer. The influence of the amount and location scheme of silicone elastomer in the composite structure, as well as the scale effect on the maximum deflection was evaluated. The amount of silicone elastomer was taken in a total of 0.25 mL and 0.50 mL in all locations, varying the number of locations and their direction relative to the length of the sample. It was found that the longitudinal location of silicone elastomer in PCM samples leads to the greatest decrease in their rigidity. The amount of silicone elastomer in the location zone does not significantly affect the change in the stiffness of the samples. Increasing the number of layers of reinforcing fabric by 2 times allows to reduce the deflection of the test samples by 7-10 times depending on the applied load. Doubling the width of samples and silicone elastomer locations results in a 2-fold reduction in maximum deflection. With an increase in the thickness of PCM in samples with silicone elastomer, the values of maximum deflection under the action of various statically applied loads are similar to the values of this parameter of carbon fibers of the same thickness without a component of the "liquid" phase.

Текст научной работы на тему «ОЦЕНКА ПОКАЗАТЕЛЯ ЖЕСТКОСТИ УГЛЕПЛАСТИКОВ С ГИБРИДНОЙ МАТРИЦЕЙ»

DOI: http://doi.org/1Q.20914/231Q-12Q2-2Q22-2-282-289_Оригинальная статья/Research article_

УДК 621.8_Open Access Available online at vestnik-vsuet.ru

Оценка показателя жесткости углепластиков _с гибридной матрицей_

Екатерина А. Косенко 1 kosenkokate@mail.ru ® 0000-0002-7808-7359

1 Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ), Ленинградский пр-т, 64, г. Москва, 125319, Россия Аннотация. Одной из важнейших характеристик конструкционных материалов является их жесткость. Обеспечение требуемой жесткости является залогом долговечности и эффективной эксплуатации конструкции. Вариация составов полимерных композиционных материалов (ПКМ), внедрение в их структуру различных добавок и модификаторов приводит к изменению не только эксплуатационных свойств композитов, но также и их жесткости. Достижение положительного эффекта по ряду одних свойств может привести к потере других. В данной статье представлено описание технологии формования полимерных композиционных материалов с гибридной матрицей. Особенностью данных материалов является то, что гибридная матрица формируется двумя материалами, один из которых (основное связующее) после формования полностью отверждается, а второй сохраняет свое «жидкое» состояние и представляет в структуре композита самостоятельную фазу. Такие ПКМ обладают переменной по объему материала жесткостью, вследствие чего возникает необходимость экспериментального исследования влияния количества и схемы локации компонента «жидкой» фазы на данный показатель. Изложена технология лабораторного метода определения жесткости образцов ПКМ, заключающаяся в измерении максимального прогиба плоского образца под действием статически приложенной нагрузки. Измерение осуществлюсь на образцах углепластиков с гибридной матрицей, формируемой эпоксидным связующим и силиконовым эластомером. Оценивалось влияние количества и схемы локации силиконового эластомера в структуре композита, а также масштабного эффекта на величину максимального прогиба. Количество силиконового эластомера суммарно во всех зонах локации принималось 0,25 и 0,50 мл, при этом варьировалось количество зон локации и их направление относительно длины образца. Установлено, что продольная локация силиконового эластомера в образцах ПКМ приводит к наибольшему снижению их жесткости. Количество силиконового эластомера в зоне локации не оказывает существенного влияния на изменение жесткости образцов. Увеличение количества слоев армирующей ткани в 2 раза позволяет снизить прогиб испытуемых образцов в 7-10 раз в зависимости от прикладываемой нагрузки, а удвоение ширины образцов и зон локации силиконового эластомера приводит к уменьшению максимального прогиба в 2 раза. С увеличением толщины ПКМ у образцов с силиконовым эластомером значения максимального прогиба под действием различных статически приложенныхнагрузшканалогичнызначениямданногото

Ключевые слова: гибридная матрица, жесткость, полимерные композиционные материалы, прогиб, углепластик.

Evaluation of the stiffness index of carbon fiber reinforced plastics _(CFRP) with a hybrid matrix_

Ekaterina A. Kosenko 1 kosenkokate@mail"ru ® 0000-0002-7808-7359

1 Moscow Automobile and Road Construction State Technical University, Leningradsky prospect, 64 Moscow, 125319, Russia

Abstract. One of the most important characteristics of structural materials is their stiffness. Ensuring the required stiffness is the key to durability and efficient operation of the structure. Variation in the compositions of polymer composite materials (PCM), the introduction of various additives and modifiers into their structure leads to changes not only in the operational properties of composites, but also in their stiffness. Achieving a positive effect on a number of some properties can lead to the loss of others. This article describes the technology of forming polymer composite materials with a hybrid matrix. The peculiarity of these materials is that the hybrid matrix is formed by two materials, one of which (the main binder) is completely cured after molding, and the second retains its "liquid" state and represents a separate phase in the composite structure. Such PCM have a variable stiffness of material, which makes it necessary to experimentally study the effect of the quantity and location scheme of the "liquid" phase component on this indicator. The technology of the laboratory method for determining the stiffness of PCM samples is described, which consists in measuring the maximum deflection of a flat sample under the action of a statically applied load. The measurement was carried out on carbon fiber reinforced plastic samples with a hybrid matrix formed by an epoxy binder and a silicone elastomer. The influence of the amount and location scheme of silicone elastomer in the composite structure, as well as the scale effect on the maximum deflection was evaluated. The amount of silicone elastomer was taken in a total of 0.25 mL and 0.50 mL in all locations, varying the number of locations and their direction relative to the length of the sample. It was found that the longitudinal location of silicone elastomer in PCM samples leads to the greatest decrease in their rigidity. The amount of silicone elastomer in the location zone does not significantly affect the change in the stiffness of the samples. Increasing the number of layers of reinforcing fabric by 2 times allows to reduce the deflection of the test samples by 7-10 times depending on the applied load. Doubling the width of samples and silicone elastomer locations results in a 2-fold reduction in maximum deflection. With an increase in the thickness of PCM in samples with silicone elastomer, the values of maximum deflection under the action of various statically applied loads are similar to the values of this parameter of carbon fibers of the same thickness without a component of the "liquid" phase. Keywords: hybrid matrix, stiffness, polymer composite materials, deflection, carbon fiber reinforced plastic.

Введение

В настоящее время одними из наиболее перспективных конструкционных материалов являются полимерные композиционные материалы (ПКМ). Композиты используют при производстве как мелких, но конструктивно сложных изделий, так и крупногабаритных, несущих значительные нагрузки, конструкций [1, 2].

Для цитирования Косенко Е.А. Оценка показателя жесткости углепластиков с гибридной матрицей // Вестник ВГУИТ. 2022. Т. 84. № 2. С. 282-289. doi:10.20914/2310-1202-2022-2-282-289

В процессе эксплуатации конструкции изделий из ПКМ подвергаются различным по направлению и характеру внешним нагрузкам (статическим, динамическим, циклическим) [3-7]. Обеспечение заданных прочностных и жесткост-ных свойств реализуется путем оптимального выбора компонентов ПКМ, схем армирования и технологии формования [8-15].

For citation

Kosenko E.A. Evaluation of the stiffness index of carbon fiber reinforced plastics (CFRP) with a hybrid matrix. Vestnik VGUIT [Proceedings of VSUET]. 2022. vol. 84. no. 2. pp. 282-289. (in Russian). doi:10.20914/2310-1202-2022-2-282-289

© 2022, Косенко Е.А. / Kosenko E.A.

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Основные напряжения, возникающие под действием внешних нагрузок в конструкции из волокнистых ПКМ, воспринимают высокопрочные и высокомодульные волокна, придавая жёсткость и прочность в направлении ориентации волокон, а совместную работу отдельных волокон обеспечивает матрица за счет собственной жесткости и взаимодействия на границе раздела фаз [16-18].

При расчете конструкции на изгиб помимо напряжений, возникающих от действия внешних сил, важным показателем также является величина перемещения под действием этих же сил. Одно из требований к элементам конструкций заключается в том, чтобы перемещение не превосходило некоторого допустимого значения, то есть выполнялось условие жесткости или конструктивной прочности, так как низкая жесткость конструктивного элемента может привести к нежелательным колебаниям конструкции с большой амплитудой и появлению дополнительных напряжений.

В ряде случаев для достижения заданных эксплуатационных и технологических характеристик прибегают к различного рода модификациям структуры ПКМ. При этом существует вероятность изменения жесткости конструкции.

Так, результаты проведенных исследований показали, что добавление в состав матрицы ПКМ силиконового эластомера, представляющего в структуре матрицы самостоятельную «жидкую» фазу, способствует минимизации потери прочности при растяжении в условиях экстремально

Схемы локации и количество силиконового Location schemes and the amount of silicone elastomer

низких температур (-30 и -50 °С), что делает ПКМ с гибридной матрицей данного типа перспективным материалом для использования при производстве изделий, работающих в условиях отрицательных температур [19,20]. Однако ПКМ с гибридной матрицей, компоненты «жидкой» фазы которых расположены в структуре композита по заданных схемам обладает переменной по объему жесткостью.

Цель работы - оценка влияния количества и схемы локации силиконового эластомера, а также масштабного эффекта на величину максимального прогиба под действием диапазона прикладываемых к образцам статических нагрузок.

Материалы и методы

Для оценки влияния количества и схемы локации силиконового эластомера на жесткость ПКМ были изготовлены 10 серий образцов с различным количеством и схемами локации компонента «жидкой» фазы (серии № 1-10) и соответствующая серия контрольных образцов (без компонента «жидкой» фазы) (серия № 11) (таблица 1). Для оценки влияния масштабного эффекта на жесткость углепластиков с гибридной матрицей были изготовлены серия образцов удвоенной ширины с удвоенным количеством зон локации силиконового эластомера (серия № 12) и соответствующая серия контрольных образцов (серия № 13), серия образцов с удвоенным количеством слоев армирующей ткани (серия № 14) и соответствующая серия контрольных образцов (серия № 15) (таблица 1).

Таблица 1. эластомера в структуре углепластиков

Table 1.

in the structure of carbon fiber reinforced plastics

Образец (Серия) Sample (Series)

Схема локации силиконового эластомера Silicone elastomer location scheme

Количество силиконового эластомера, мл Amount of silicone elastomer, ml

1

0,25

0,50

0,50

0,25

0,50

0,50

I \W I

WWW

0,25

0,50

2

3

1

2

3

4

5

6

7

8

Продолжение таблицы 1 | Continuation of table 1 |

1 2 3

9 1 1 1 0,25

10 II II II 0,50

11 12 _контроль | ConilQl_ 0,00 0,50 + 0,50

13 Контрольный образец удвоенной ширины Double width control sample 0,00

14 0,50

15 Контрольный образец увеличенной толщины Control sample of increased thickness 0,00

Для изготовления образцов углепластиков использовалась биаксиальная углеродная ткань марки 12К-1270-410 (+45/-45°), 2 слоя (4 слоя для образцов серий № 14 и № 15), пропитанных эпоксидным связующим марки L с отвердителем EPH 161. Между 1 и 2 слоями (2 и 3 слоями для образцов серии № 14) наносился компонент «жидкой» фазы (силиконовый эластомер марки Юнисил-9628) в суммарном количестве на один образец 0,25 мл и 0,5 мл (таблица 1). Формование образцов осуществлялось вакуумформованием по препреговой технологии [20] с отверждением при температуре 23 ± 2 °С в течении 24 часов.

В результате были получены серии образцов длиной l = 250 мм со следующими значениями поперечных сечений: S = 1,2 x 20 = 24 мм2 (серии № 1-6), S=1,3х20=26мм2 (серии №7 и №8), S = 1,4 x 20 = 28 мм2 (серии № 9-11), S = 1,0 x 40 = 40 мм2 (серии № 12), S = 1,4 x 40 = 56 мм2 (серии № 13), S = 2,6 x 20 = 52 мм2 (серии № 14 и № 15). Разнотолщинность образцов объясняются усадкой силиконового эластомера, величина которой варьируется в зависимости от количества силиконового эластомера и количества армирующего материала.

Для выполнения измерений образцы закреплялись консольно на расстоянии 30 мм, обеспечивая длину свободной части равную 220 мм. Нагрузка прикладывалась к свободному концу образца на расстоянии 20 мм (рисунок 1).

Оценка изменения жесткости углепластиков в зависимости от схемы локации и количества силиконового эластомера, а также

влияния масштабного эффекта, осуществлялась путем измерения максимального прогиба под действием статической нагрузки (Р) равной 0,1 Н, 0,2 Н, 0,3 Н, 0,4 Н, 0,5 Н

- 50

30 20

Рисунок 1. Измерение прогиба углепластиков с гибридной матрицей

Figure 1. Measurement of deflection of carbon fiber reinforced plastics with hybrid matrix

Результаты

В результате измерений были получены значения максимального прогиба испытуемых серий образцов (таблица 2). Для наглядности представления результаты измерений округлены до целочисленных значений.

Таблица 2.

Средний максимальный прогиб испытуемых серий образцов углепластиков

Table 2.

The average maximum deflection of the tested series of carbon fiber reinforced plastics samples

Образец Sample Величина прогиба, Vm3x, мм в зависимости от прикладываемой нагрузки, Р, Н Deflection value, Vimx, mm depending on the applied load, P, N

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

1 27 57 78 100 115

AVmaxl * Vmaxl * ~Vmax 11 * 8 18 22 30 26

2 31 57 82 101 114

ЛVmax2 Vmax2 — Vmax 11 12 18 26 31 25

3 30 60 84 103 116

ЛVmax3 Vmax3 — Vmax 11 11 21 28 33 27

4 30 55 79 97 114

ЛVmax4 Vmax4 — Vmax 11 11 16 23 27 25

5 30 54 81 98 118

ЛVmax5 Vmax5 — Vmax 11 11 15 25 28 29

6 29 54 76 96 111

ЛVmax6 Vmax6 — Vmax 11 10 15 20 26 22

7 23 42 61 78 92

Лу^ок! Vmaxl — Vmax 11 4 3 5 8 3

8 23 45 68 83 100

ЛVmax8 Vmax8 — Vmax 11 4 6 12 13 11

9 23 44 65 82 94

ЛVmax9 Vmax9 — Vmax 11 4 5 9 12 5

10 22 44 65 85 102

ЛVmax10 Vmaxx10 — Vmax 11 3 5 9 15 13

11 19 39 56 70 89

12 15 27 39 53 64

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ЛVmax12 Vmaxx12 — Vmax 13 6 9 12 17 20

13 9 18 27 35 44

14 3 6 9 12 16

ЛVmax14 Vmaxx14 — Vmax 15 0 0 0 0 1

15 3 6 9 12 15

* индекс при значении максимального прогиба, обозначающий номер серии испытуемых образцов *index at the value of the maximum deflection, indicating the number of the series of test samples

Обсуждение

Из представленных данных (таблица 2) видно, что у всех испытуемых образцов с силиконовым эластомером в составе матрицы (кроме образцов серии №14) наблюдается увеличение прогиба по сравнению с образцами без компонента «жидкой» фазы. Так у образцов серий № 1-6 наблюдается увеличение прогиба в среднем на 20-40% в зависимости от прикладываемой нагрузки, а у образцов серий № 7-10 на 3-18%. При этом среднее значение величины прогиба практически не зависит от количества силиконового эластомера (сравнение по группам серий № 1-3, № 4-6, № 7-8, № 9-10 (таблица 2)). На величину прогиба оказывает влияние схема локации силиконового эластомера. Так, снижение

значения прогиба наблюдается у образцов с диагональным и поперечным нанесением компонента «жидкой» фазы (серии № 7-10).

У углепластиков удвоенной ширины (с удвоенным количеством зон локации компонента «жидкой фазы) силиконовый эластомер в составе матрицы также приводит к увеличению величины прогиба (сравнение серий № 12 и № 13) на 30-40% в зависимости от прикладываемой нагрузки.

Не оказывает влияния на величину прогиба наличие силиконового эластомера в образцах углепластиков увеличенной толщины (сравнение серий № 14 и № 15).

Точность результатов измерений оценивалась на основании показателя среднего квадратического отклонения (8) (таблица 3).

Таблица 3.

Среднее квадратическое отклонение результатов измерения максимального прогиба серий образцов

углепластиков с гибридной матрицей

Table 3.

Root-mean-square deviation of the results of measuring the maximum deflection of a series of CFRP

specimens with a hybrid matrix

Образец Sample Среднее квадратическое отклонение результатов измерения максимального прогиба, S, мм в зависимости от прикладываемой нагрузки, Р, Н | The mean square deviation of the measurement results of the maximum deflection, S, mm, depending on the applied load, P, N

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

1 1,14 1,95 3,63 4,88 3,83

2 1,52 1,87 1,30 1,14 1,52

3 0,84 3,11 2,59 3,87 3,08

4 0,84 1,10 2,92 3,08 2,17

5 3,27 3,97 3,65 2,95 3,03

6 1,30 3,05 2,59 3,05 2,92

7 1,30 2,07 2,97 2,49 3,70

8 2,35 1,64 1,14 3,21 2,30

9 0,55 1,73 2,30 2,28 3,27

10 0,55 2,17 3,67 4,18 5,90

11 1,30 1,30 1,79 2,00 2,49

12 0,55 2,07 3,16 0,55 1,48

13 0,84 1,10 1,41 0,84 1,10

14 0,00 0,55 1,41 1,82 2,68

15 0,55 1,14 0,55 1,10 1,10

Для оценки изменения показателя максимального прогиба в зависимости от прикладываемой нагрузки по формуле (1) были определены значения относительного прогиба для образцов каждой серии (таблица 4).

V — V

ß _ i max i ]

i max-1 (1)

где Vimax - максимальный прогиб образца на /-том этапе нагружения (мм), i - этап нагружения (1 - 0,1 Н, 2 - 0,2 Н, 3 - 0,3 Н и т. д.).

Относительный прогиб образцов углепластика с гибридными матрицами Relative deflection of carbon fiber samples with hybrid matrices

Таблица 4.

Table 4.

Образец Sample Величина относительного прогиба, Sv, мм в зависимости от прикладываемой нагрузки, P, Н The magnitude of the relative deflection, Sv, mm depending on the applied load, P, N

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

1 0,00 1,11 0,37 0,28 0,15

2 0,00 0,84 0,44 0,23 0,13

3 0,00 1,00 0,40 0,23 0,13

4 0,00 0,83 0,44 0,23 0,18

5 0,00 0,80 0,50 0,21 0,20

6 0,00 0,86 0,41 0,26 0,16

7 0,00 0,83 0,45 0,28 0,18

8 0,00 0,96 0,51 0,22 0,20

9 0,00 0,91 0,48 0,26 0,15

10 0,00 1,00 0,48 0,31 0,20

11 0,00 1,05 0,44 0,25 0,27

12 0,00 0,80 0,44 0,36 0,21

13 0,00 1,00 0,50 0,30 0,26

14 0,00 1,00 0,50 0,33 0,33

15 0,00 1,00 0,50 0,33 0,25

У всех испытуемых серий образцов наблюдается линейная зависимость приращения величины прогиба с увеличением прикладываемой нагрузки. Величина относительного прогиба в зависимости от типа образцов варьируется в диапазонах: 1,11-0,8 мм (при Р = 0,2 Н), 0,51— 0,37 мм (при Р = 0,3 Н), 0,36—0,21 (при Р = 0,4 Н) и 0,33—0,13 мм (при Р = 0,5 Н).

Увеличение ширины образцов и соответствующее удвоение количества зон локации

силиконового эластомера (сравнение серий № 12 и № 3) приводит к уменьшению прогиба в среднем в 2 раза. При увеличении количества слоев углеродной ткани при формовании, толщина готовых образцов увеличилась в ~2 раза при этом величина прогиба сократилась в 7—10 раз в зависимости от прикладываемой нагрузки (сравнение серий № 14 и № 3). В таблице 5 представлены значения констант подобия.

Таблица 5.

Константы подобия для образцов увеличенной ширины и количества силиконового эластомера и

увеличенной толщины

Table 5.

Similarity constants for samples of increased width and amount of silicone elastomer and increased thickness

Образец Sample Константы подобия, с в зависимости от прикладываемой нагрузки, Р, Н Similarity constants, c depending on the applied load, P, N

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

12 0,50 0,45 0,46 0,51 0,55

14 0,10 0,10 0,11 0,12 0,14

Заключение

Сокращение величины прогиба (повышение жесткости конструкции) обеспечивается за счет выбора оптимальной схемы локации компонента «жидкой» фазы.

Наибольшая величина прогиба наблюдается при продольном нанесении силиконового эластомера (серии № 1-6).

Повышению жесткости способствует диагональное и поперечное нанесение силиконового эластомера (образцы серий № 7-10). Так, сравнивая серии образцов № 1 (с продольной локацией) и №7 (с диагональной локацией (3 зоны)) можно отметить, что диагональное нанесение силиконового эластомера позволяет снизить величину максимального прогиба на 15-26%, а поперечное (серия образцов № 9 (3 зоны)) - на 13-23% в зависимости от прикладываемой нагрузки.

В наибольшей степени на величину жесткости испытуемых образцов углепластиков с гибридной матрицей оказывает влияние

Литература

1 Дориомедов М.С. Российский и мировой рынок полимерных композитов (обзор) // Труды ВИАМ. 2020. №6-7 (89). С. 29-37. doi: 10.18577/2307-6046-2020-0-67-29-37

2 Тимошков П.Н. Хрульков А.В., Язвенко Л.Н. Композиционные материалы в автомобильной промышленности (обзор) // Труды ВИАМ. 2017. № 6. С. 61-68. doi: 10.18577/2307-6046-2017-0-6-7-7

3 Рудской А.И., Баурова Н.И. Технологическая наследственность при производстве и эксплуатации конструкционных материалов // Технология металлов. 2019. №2. С 2-10. doi: 10.31044/1684-2499-2019-2-0-2-10

4 Трунилина А.В., Баурова Н.И. Полимерные композиты со свойствами биодеградации // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2019. №1. С. 9-13. doi: 10.31044/1994-6260-2019-0-1-9-13

5 Баурова Н.И., Зорин В.А. Выбор моделей для оценки долговечности полимеров на различных масштабных уровнях // Теоретические основы химической технологии. 2018. №5. С. 567-572. doi: 10.1134/S0040357118050019

6 Grib V.V., Zorin V.A., Baurova N.I. Determination of the resources of machine components made of polymeric composite materials on the basis of cumulative evidence // Polymer Science, Series D. 2018. №. 4. P. 431-435. doi: 10.1134/S1995421218040068

7 Баурова Н.И., Зорин В.А., Приходько В.М. Информационная модель состояния технической системы // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2017. №6. С. 11-16.

8 Gorodetskii M.A., Nelyub V.A., Malysheva G.V., Shaulov A.Y. et al. Technology of forming and the properties of reinforced composites based on an inorganic binder // Russian Metallurgy (Metally). 2018. № 13. P. 1195-1198. doi: 10.1134/S0036029518130074

9 Nelyub V.A. Technologies of metallization of carbon fabric and the properties of the related carbon fiber reinforced plastics//RussianMetallurgy. 2018. № 13. P. 1199-2101. doi: 10.1134/S0036029518130189

10 Maung P.P., Htet T.L., Malysheva G.V. Simulation and optimization of vacuum assisted resin infusion process for large-sized structures made of carbon fiber-reinforced plastic // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 709. № 2. P. 022041. doi: 10.1088/1757-899X/709/2/022041

Nelyub V.A., Malysheva G.V. Modern treatment technologies of carbon fibre for ensuring the high strength carbon fibre reinforced plastic production // MATEC Web of Conferences. 2017. V. 129. P. 02001. doi: 10.1051/matecconf/201712902001

толщина образцов. Увеличение количества слоев армирующей ткани в 2 раза позволяет снизить прогиб испытуемых образцов в 7-10 раз в зависимости от прикладываемой нагрузки (сравнение серий № 14 и № 3).

При удвоении ширины образцов и соответственно зон локации силиконового эластомера наблюдается уменьшение максимального прогиба в 2 раза (сравнение серий № 12 и № 3).

С увеличением толщины величина максимального прогиба ПКМ с силиконовым эластомером в составе гибридной матрицы аналогична величине прогиба ПКМ такой же толщины без компонента «жидкой» фазы (сравнение серий № 14 и № 15).

Благодарности

Материал подготовлен в рамках научных исследований по проекту № Б8ЕМ-2020-0011 (20191342), экспериментальные исследования проведены с использованием оборудования центра коллективного пользования МАДИ.

12 Nelyub V.A., Borodulin A.S., Kobets L.P., Malysheva G.V Thixotropy hysteresis and structure formation in elastomeric suspensions// Inorganic Materials: Applied Research. 2018. № 9(4). P. 603-608. doi: 10.1134/S2075113318040238

13 Malysheva G.V., Guzeva T.A. Technological support for decreasing the porosity of polymer composite products // Russian Metallurgy (Metally). 2021. №2021(13). P. 1692-1695. doi: 10.1134/S0036029521130139

14 Neluyb V.A., Malysheva G.V., Komarov I.A. New technologies for producing multifunctional reinforced carbon plastics//Materials Science Forumthis. 2021. P. 196-202. doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF. 1037.196

15 Maung P.P., Thant Kyaw P., Malysheva G.V. Optimization of technological modes for moulding composites using vacuum infusion technology // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. № 971(3). P. 032048. doi: 10.1088/1757-899X/971/3/032048

16 Орешко Е.И. Ерасов В.С., Гриневич Д.В., Шершак П.В. Обзор критериев прочности материалов // Труды ВИАМ. 2019. №9. С. 108-126. doi: 10.18577/2307-6046-2019-0-9-108-126

17 Кирюшина В.В., Ковалева Ю.Ю., Степанов П.А., Коваленко П.В. Исследование влияния масштабного фактора на прочностные свойства полимерных композиционных материалов // Известия вузов. Ядерная энергетика. 2019. №1. С. 97-106. doi: 10.26583/пре.2019.1.09

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

18 Арутюнян А.Р. Формулировка критерия усталостной прочности композиционных материалов // Вестник Санкт-Петербургского университета. Математика. Механика. Астрономия. 2020. Т. 7 (65). №. 3. С. 511-517. doi: 10.21638/spbuO 1.2020.313

Kosenko E.A., Nelyub V.A. Evaluation of the stress-strain state of a polymer composition material with a hybrid matrix//Polymer Science - Series D. 2022. № 15(2). P. 240-244. doi: 10.1134/S1995421222020137

20 Kosenko E.A., Baurova N.I., Zorin V.A. Mechanical properties of carbon fiber reinforced plastics with various types of hybrid matrices at negative temperatures // Russian Metallurgy (Metally). 2021. № 2021(13). P. 1705-1708. doi: 10.1134/S0036029521130103

References

1 Doriomedov M.S. Russian and world market of polymer composites (review). Proceedings of VIAM. 2020. №6-7 (89). pp. 29-37. doi: 10.18577/2307-6046-2020-0-67-29-37 (in Russian).

2 Timoshkov P.N. Khrulkov A.V., Yazvenko L.N. Composite materials in the automotive industry (review). Proceedings of VIAM. 2017.no. 6. pp.61-68. doi: 10.18577/2307-6046-2017-0-6-7-7 (in Russian).

Rudskoy A.I., Baurova N.I. Technological heredity when producing and operating the structural materials. Tehnologia metallov (Technology of metals). 2019. no. 2. pp. 2-10. doi: 10.31044/1684-2499-2019-2-0-2-10 (in Russian).

Trunilina A.V., Baurova N.I. Polymer composites with biodegradation properties. All materials. Encyclopaedic reference manual. 2019. no.l. pp. 9-13. doi: 10.31044/1994-6260-2019-0-1-9-13 (inRussian).

Baurova N.I. Zorin V.A. Choice of models for evaluating the durability of polymers at different scale levels. Teoreticheskie osnovy khimicheskoi tekhnologh. 2018. no. 5. pp. 567-572. doi: 10.1134/S0040357118050019. (in Russian).

Grib V.V., Zorin V.A., Baurova N.I. Determination of the resources of machine components made of polymeric composite materials on the basis of cumulative evidence. Polymer Science, Series D. 2018. no. 4. pp. 431-435. doi: 10.1134/S1995421218040068

7 Baurova N.I., Zorin V.A., Prikhodko V.M. Information model of technical system state. All materials. Encyclopaedic reference manual. 2017. no.6. pp. 11-16. (in Russian).

8 Gorodetskii M.A., Nelyub V.A., Malysheva G.V., Shaulov A.Y. et al. Technology of forming and the properties of reinforced composites based on an inorganicbinder. Russian Metallurgy (Metally). 2018. no 13. pp. 1195-1198. doi: 10.1134/S0036029518130074

Nelyub V.A. Technologies of metallization of carbon fabric and the properties of the related carbon fiber reinforced plastics. Russian Metallurgy. 2018. no 13. pp. 1199-2101. doi: 10.1134/S0036029518130189

10 Maung P.P., Htet T.L., Malysheva G.V. Simulation and optimization of vacuum assisted resin infusion process for large-sized structures made of carbon fiber-reinforced plastic. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. vol. 709. no. 2. pp. 022041. doi: 10.1088/1757-899X/709/2/022041

Nelyub V.A., Malysheva G.V. Modern treatment technologies of carbon fibre for ensuring the high strength carbon fibre reinforced plastic production. MATEC Web of Conferences. 2017. vol. 129. pp. 02001. doi: 10.105 l/matecconf/201712902001

Nelyub V.A., Borodulin A.S., Kobets L.P., Malysheva G.V Thixotropy hysteresis and structure formation in elastomeric suspensions. Inorganic Materials: Applied Research. 2018. no. 9(4). pp. 603-608. doi: 10.1134/S2075113318040238

Malysheva G.V., Guzeva T.A. Technological support for decreasing the porosity of polymer composite products. Russian Metallurgy (Metally). 2021. no. 2021(13). pp. 1692-1695. doi: 10.1134/S0036029521130139

Neluyb V.A., Malysheva G.V., Komarov I.A. New technologies for producing multifunctional reinforced carbon plastics. Materials Science Forumthis. 2021. pp. 196-202. doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF. 1037.196

Maung P.P., Thant Kyaw P., Malysheva G.V. Optimization of technological modes for moulding composites using vacuum infusion technology. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. no. 971(3). pp. 032048. doi: 10.1088/1757-899X/971/3/032048

16 Oreshko E.I., Erasov V.S., Grinevich D.V., Shershak P.V. Review of criteria of durability of materials. Proceedings of VIAM. 2019. no. 9. pp. 108-126. doi: 10.18577/2307-6046-2019-0-9-108-126. (in Russian).

17 Kiryushina V.V., Kovaleva Yu.Yu., Stepanov P.A., Kovalenko P.V. A study into the scaling factor effects on the strength properties of polymer composite materials. Izvestiya vuzov. Nuclear energy. 2019. no. 1. pp. 97-106. doi: 10.26583/npe.2019.1.09. (in Russian).

18 Arutyunyan A.R. Formulation of the fatigue fracture criterion of composite materials. Vestnik of Saint Petersburg University. Mathematics. Mechanics. Astronomy. 2020. vol. 7 (65). no. 3. pp. 511-517. doi: 10.21638/spbu01.2020.313 (in Russian).

19 Kosenko E.A., Nelyub V.A. Evaluation of the stress-strain state of a polymer composition material with a hybrid matnx.PolymerScience-SeriesD.2022.no. 15(2). pp. 240-244. doi: 10.1134/S1995421222020137

20 Kosenko E.A., Baurova N.I., Zorin V.A. Mechanical properties of carbon fiber reinforced plastics with various types of hybrid matrices at negative temperatures. Russian Metallurgy (Metally). 2021. no. 2021(13). pp. 1705-1708. doi: 10.1134/S0036029521130103

Сведения об авторах

Екатерина А. Косенко к.т.н., доцент, кафедра производства и ремонта автомобилей и дорожных машин, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет, Ленинградский пр-т, 64, г. Москва, 125319, Россия, ко8епкока1е(й)таП.ш https://orcid.org/0000-0002-7808-7359

Вклад авторов Екатерина А. Косенко написала рукопись, корректировала её до подачи в редакцию и несет ответственность за плагиат Конфликт интересов Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Information about authors

Ekaterina A. Kosenko Cand. Sci. (Engin.), associate professor, production and repair of automobiles and road machines department, Moscow Automobile and Road Construction State Technical University, Leningradsky prospect, 64 Moscow, 125319, Russia, kosenkokate(S!mail.ru https://orcid.org/0000-0002-7808-7359

Contribution

Ekaterina A. Kosenko wrote the manuscript, correct it before filing in editing and is responsible for plagiarism

Conflict of interest

The author declares no conflict of interest.

Поступила 13/04/2022_После редакции 11/05/2022_Принята в печать 03/06/2022

Received 13/04/2022_Accepted in revised 11/05/2022_Accepted 03/06/2022

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.