CC BY
13
19. Pavlov A.I., Tarbeev A.A., Egorov A.V., Polyanin I.A., Alibekov S.Ya., Lysyannikov A.V., Kaizer Yu.F. and Sharsh-embiev J.S. Special method for monitoring the technical conditions of the hydraulic drives of forest harvester machines. IOP Publishing Journal of Physics: Conference Series, 1515 (2020) 042086.
20. Wang L., Book W.J., Huggins J.D. A Hydraulic circuit for single rod cylinders. Journal of Me-chanical Design. January 2012. Vol. 134/011019.
21. Ding H., Cao W., Kecskemethy A., Huang Zh. Complete atlas database of 2-DOF kinematic chains and creative design of mechanisms. Journal of Mechanical Design. March 2012. Vol. 134/031006.
22. Xia J., Durfee W.K. Analisis of small-scale hydraulic actuation systems. Journal of Mechanical Design. September 2013. Vol. 135/091001.
23. Wang L., Book W.J. Using leakage to stabilize a hydraulic circuit for pump controlled actuators. Journal of Mechanical Design. November 2013. Vol. 135/061007.
24. Pavlov A.I., Loshchenko P.Yu. Sposob diagnostirovaniya gidrotsilindrov lesnykh mashin v funktsional'nom rezhime [A method for diagnosing hydraulic cylinders of forest machines in a functional mode] // Lesnoi vestnik [Forestry Bulletin], 2013. No. 3. Pp. 178-180.
25. Vaskovich D.A., Filatova A.V. Sposoby izmereniya linii na mestnosti pri stroitel'stve avtodorog [Methods of measuring lines on the ground during the construction of highways] // Nauchnyi al'manakh [Science Almanac], 2018. No. 1-2 (39). Pp. 17-20.
Информация об авторах
Кобзов Дмитрий Юрьевич - д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры подъемно-транспортных, строительных дорожных машин и оборудования, Братский государственный университет, г. Братск, e-mail: kobzov7159@mail.ru Лапшин Владимир Леонардович - д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры механики и сопротивления материалов, Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, e-mail: lapshin@istu.edu Губанов Владимир Георгиевич - соискатель, Братский государственный университет, г. Братск, e-mail: info@hydrotrans.ru
Жмуров Владимир Витальевич - канд. техн. наук, доцент кафедры подъемно-транспортных, строительных дорожных машин и оборудования, Братский государственный университет, г. Братск, e-mai wzhmurov@mail.ru Кобзова Инна Олеговна - старший преподаватель кафедры машиноведения, механики и инженерной графики, Братский государственный университет, г. Братск, e-mai: kobzovaio@mail.ru
DOI 10.26731/1813-9108.2020.4(68)32-40
Information about the authors
Dmitrii Yu. Kobzov - Doctor of Engineering Science, Professor, Professor of the Subdepartment of Hoisting and Transport, Construction Road Machines and Equipment, Bratsk State University, Bratsk, e-mail: kobzov7159@mail.ru Vladimir L. Lapshin - Doctor of Engineering Science, Professor, Professor of the Subdepartment of Mechanics and Strength of Materials, Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, e-mail: lapshin@istu.edu, Vladimir G. Gubanov - external Ph.D. student, Bratsk State University, Bratsk, e-mail: info@hydrotrans.ru
Vladimir V. Zhmurov - Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor of the Subdepartment of Hoisting and Ttransport, Construction Road Machines and Equipment, Bratsk State University, Bratsk, e-mai wzhmurov@mail.ru Inna O. Kobzova - Senior Lecturer of the Subdepartment of Machine Science, Mechanics and Engineering Graphics, Bratsk State University, Bratsk, e-mai: kobzovaio@mail.ru
УДК 621.95.025.7
Оценка влияния расслоений на ресурс деталей из углепластика
А. А. СтуровИ, Н. С. Чащин, Ю. Н. Иванов, А. А. Макарук
Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Российская Федерация И hiero@ex.istu.edu
Резюме
В современном машиностроении активно внедряются изделия, содержащие элементы из композиционных и металлических материалов. Соединение таких изделий выполняется с помощью болтов или заклепок. При формировании отверстий в композиционных материалах существует риск возникновения дефектов типа «расслоение». В связи с этим цель данного исследования заключается в изучении ресурсных характеристик углепластика, имеющего подповерхностное расслоение вокруг отверстия, вызванного внешним воздействием. Рассматривается оригинальный способ нанесения дефектов на образцы, обеспечивающий высокую повторяемость зоны повреждения. В статье сравниваются полученные результаты повторно-статических испытаний бездефектных образцов, образцов с расслоениями и образцов, подвергнутых ремонту. Предложена методика проведения статических и цикловых испытаний на сервогидравлических испытательных машинах с использованием специальной четырехточечной оснастки для нагружения образцов. Статические и цикловые испытания были проведены на универсальной сервогидравлической испытательной машине «Shimadzu» (Япония). Во время испытаний образцы подвергались неразрушающему ультразвуковому контролю на всех этапах при помощи ультразвукового комплекса «ELISA» фирмы «GMI» (Франция). В ходе исследований проведены статические прочностные испытания образцов, на основе которых были подобраны диапазоны нагружения для циклических испытаний, разработана методика и оснащение для нанесения идентичных дефектов на образцах, разработана методика ремон-
та повреждений, проведены циклические испытания. В результате прошедших испытаний было выявлено, какое влияние дефект типа «расслоение» и его последующий ремонт оказывают на долговечность изделий из углепластика, получена зависимость роста размера зоны дефекта от количества циклов нагружения. Даны рекомендации по технологиям ремонта расслоений. Предложены альтернативные способы инжектирования смолы с использованием специальных оснасток в зону дефекта типа «расслоение».
Ключевые слова
композиционные материалы, углепластик, дефект «расслоение», ресурсные испытания, сервогидравлическая испытательная машина, ультразвуковой контроль, повреждение отверстий
Для цитирования
Стуров А. А. Оценка влияния расслоений на ресурс деталей из углепластика / А. А. Стуров, Н. С. Чащин, Ю. Н. Иванов, А. А. Макарук // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2020. - № 4 (68). - С. 32-40. - DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).32-40
Финансирование
Статья подготовлена при финансовой поддержке ФГБОУ ВО ИРНИТУ в рамках гранта преподавателям-исследователям
Информация о статье
поступила в редакцию: 20.10.2020, поступила после рецензирования: 03.11.2020, принята к публикации: 12.11.2020
Assessment of the delamination influence on the life limit of parts made of carbon fiber reinforced plastics
A. A. SturovS, N. S. Chashin, Y. N. Ivanov, А. A. Makaruk
Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, the Russian Federation И hiero@ex.istu.edu
Abstract
In modern mechanical engineering, products containing elements of composite and metallic materials are being actively introduced. These products are joined using bolted or riveted connections. When holes are formed in composite materials, there is a risk of delamination-type defects. In this regard, the chosen goal of this research is to study the resource characteristics of carbon fiber reinforced plastic, having a subsurface delamination around the hole caused by external impact. An original method of applying defects to samples which ensures high repeatability of the damaged zone, is considered. The article compares the results of repeated static tests of defect-free samples, samples with delamination and samples subjected to repair. A technique is proposed for static and cyclic tests on servo-hydraulic testing machines using a special four-point tooling for loading samples. Static and cycle tests were carried out on a Shimadzu universal servo-hydraulic testing machine (Japan). During the tests, the samples were subjected to nondestructive ultrasonic testing at all stages of testing with the use of an ELISA ultrasonic complex from GMI (France). In the course of the research, static strength tests of the samples were carried out, on the basis of which the loading ranges for cyclic tests were selected, a technique and equipment for applying identical defects on samples were developed, a technique of repairing damage was engineered, and cyclic tests were carried out. As a result of the tests conducted, is was revealed the way the delamination-type defects and its subsequent repair influence on the durability of products made of carbon fiber reinforced plastic was revealed; the dependence of the growth of the size of the defect zone on the number of loading cycles was obtained. Recommendations are given on the technologies of repairing laminations. Alternative methods of resin injection with the use of special tooling into the zone of the delamination-type defect are proposed.
Keywords
composites, carbon fiber reinforced plastic, delamination defect, life tests, servo-hydraulic testing machine, ultrasonic control
For citation
Sturov A. A., Chashchin N. S., Ivanov Y. N., Makaruk A. A. Otsenka vliyaniya rassloenii na resurs detalei iz ugleplastika [Assessment of the delamination influence on the life limit of parts made of carbon fiber reinforced plastics]. Sovremennye tekhnologii. Sistemnyi analiz. Modelirovanie [Modern Technologies. System Analysis. Modeling], 2020, No. 4 (68), pp. 32-40. -DOI: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).32-40
Funding
The article was prepared with the financial support of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Irkutsk Research National Technical University within the framework of a grant to research teaching fellows
Article info
Received: 20.10.2020, Revised: 03.11.2020, Accepted: 12.11.2020
Введение
С ростом доли композиционных материалов в машиностроении, все сильнее встает вопрос об обслуживании, текущем ремонте и восстановлении поврежденных изделий из композитов, так как их стоимость гораздо выше традиционных материалов [1-6]. Наиболее перспективным материалом считается углепластик. Он обладает высокой прочностью, гибкостью, коррозионной стойкостью. Полный переход к композиционным материалам зачастую невозможен или экономически нецелесообразен. В изделиях машиностроения композиционные материалы и металлы используются совместно. Для соединения композиционных элементов с металлическими используют болты или заклепки [7-15]. Формирование отверстий под крепежное соединение является трудоемкой задачей, так как материалы, входящие в состав пакета, имеют противоположные требования к условиям обработки. В результате этого значительно возрастает вероятность дефекта отверстий, по сравнению с обработкой однородных материалов [15-20]. Наиболее часто встречающимся дефектом, возникающим при сверлении отверстий, является расслоение со стороны входа в отверстие и выхода из отверстия. В соответствии с классификацией по степени опасности, расслоения относятся ко второй группе из семи [20], т. е. наиболее опасны. Влияние расслоений на свойства материала существенным образом зависит от вида напряженного состояния. На прочность и модуль упругости при растяжении расслоения в чистом виде практически не влияют, тогда как прочность при сжатии материала с расслоением может существенно снижаться в зависимости от глубины залегания и длины расслоения [20]. Влияние подповерхностных расслоений на ресурс изделий является недостаточно изученным, при этом представляет значительный интерес для конструкторов изделий, к которым предъявляются высокие требования к ресурсу. К таким изделиям относятся гражданская авиационная техника.
Основными задачами данного исследования являются определение влияния подповерхностных расслоений вокруг отверстия на ресурс изделий из углепластика, исследование применимости технологии ремонта отверстий и изучение целесообразности проведения их ремонта для продления ресурса. Решение поставленных задач планируется путем проведения сравнительных испытания на повторно -статическое нагружение на сервогидравлической испытательной машине до разрушения образцов.
Объект исследования и оборудование
Объектом исследования является образец из углепластика на основе эпоксидного связующего, изготовленный методом вакуумной инфузии. Наполнитель углепластика - высокомодульная углеродная лента, укладка квазиизотропная. В центральной части образца присутствует отверстие с размерами
014Н9. Размеры образца для испытаний выбраны в соответствии с рекомендациями ГОСТ Р 56810-201, с учетом особенностей испытательной машины, и составляют 320*45*16 мм. Наличие в центральной части образца отверстия не позволяет провести испытание трехточечным изгибом, поэтому использовался четырехточечный изгиб. Представлен эскиз образца с размерами (рис. 1).
320
Рис. 1. Эскиз образца для испытаний Fig. 1. The sketch of a test sample
Всего было изготовлено четыре идентичных образца:
- № 1 - бездефектный, для нахождения нагрузки разрушения при статическом нагружении;
- № 2 - бездефектный, для повторно -статического нагружения;
- № 3 - с дефектом типа «расслоение» для повторно-статического нагружения;
- № 4 - с дефектом типа «расслоение», подвергнутый ремонту, для повторно-статического нагружения.
Важной задачей для обеспечения достоверности результатов является обеспечение повторяемости нанесения дефектов на образцы № 3 и 4. Для этих целей была разработана специальная оснастка, которая обеспечивает получение однотипных повреждений типа «расслоение» фиксированной глубины и на равном удалении от поверхности. Далее представлена оснастка для нанесения дефекта с исследуемым образцом (рис. 2).
Рис. 2. Оснастка для нанесения дефекта типа «расслоение»: 1 - расслаивающий конус; 2 - ограничительные шайбы; 3 - образец из углепластика Fig. 2. The tooling for applying the delamination-type defect: 1 - delaminating cone; 2 - limiting orifices; 3 - sample from carbon fiber
После нанесения дефектов на образцах № 3 и 4 произведен контроль ультразвуковым дефектоскопом для композиционных материалов ELISA GMI-UC002-14 фирмы «GMI AERO» (Франция) для обозначения зоны повреждения и расчета ее площади. Различия в площади дефектов не превышали 5 %, средняя площадь дефекта на образцах составила 199 мм2. Глубина залегания дефекта от поверхности образца составила 1,3 мм.
После нанесения дефекта образец № 4 был подвергнут ремонту. Ремонт дефекта проводился в следующей последовательности: зона ремонта была очищена от пыли, обезжирена и высушена, поверхности, не участвующие в ремонте, были защищены клейкой лентой и разделительными пленками, ремонтный двухкомпонентный эпоксидный клей марки «LOCTITE EA 9396» инжектировался в расслоение с помощью шприца и иглы. Прижатие поверхностей склеивания производилось специальным болтом, который одновременно является и нагреваемой оснасткой. Процесс полимеризации управлялся пультом термокомпрессии «ANITA» и строго соответствовал рекомендациям изготовителей клеевого состава.
В качестве оборудования для ресурсных испытаний выбрана универсальная сервогидравлическая машина EHF-EV101K2-04N-1E (Япония). Она предназначена для входного контроля механических свойств материалов при растяжении / сжатии / изгибе. Также используется при проведении циклических испытаний по определению усталостных характеристик материалов и соответствия технологического процесса изготовления детали отраслевым стандартам.
Контроль возникновения внутренних дефектов на всех стадиях испытания производился с помощью комплекса для проведения ультразвукового неразрушающего контроля ELISA GMIUC002-14. Этот комплекс обладает высокой чувствительностью и позволяет обнаруживать расслоения начиная
с первого слоя на глубине от 0,15 мм. Методы
На сервогидравлической испытательной машине были проведены статические и циклические испытания. Испытания на изгиб проводились на базовой длине 250 мм. Под контактные поверхности роликов устанавливались резиновые подкладки для минимизации износа поверхности образца и ролика в процессе испытаний. Схема нагружения показана (рис. 3).
Статический четырехточечный изгиб образца проводился до наступления разрушения. Данному испытанию был подвергнут образец № 1. Целью статических испытаний являлось определение напряжения разрушения образца (оразр). Оно необходимо для определения диапазонов допустимой рабочей нагрузки при циклических испытаниях.
Циклический четырехточечный изгиб образца также проводился до наступления разрушения. Данному испытанию были подвергнуты образец № 2, 3 и 4. В рамках циклических испытаний образцы нагружались ассиметричным циклом (рис. 4).
Коэффициенты диапазонов нагружения выбраны с учетом того, что проектные коэффициенты запаса прочности авиационных деталей лежат в районе 1,5, т. е. 0,667 оразр, для испытаний максимальная нагрузка была округлена до 0,7 сразр. Разгрузка производилась до минимальных величин, обеспечивающих неподвижность образца, опытным путем эта нагрузка была выбрана на уровне 0,1 сразр.
Промежуточный контроль динамики развития расслоений при циклических испытаниях выполнялся ультразвуковым дефектоскопом ELISA GMIUC002-14, интервал контроля был выбран 60 000. циклов. Контроль образца проводился с двух сторон с фиксацией размеров расслоения в плане и глубины его залегания. Стороны образца имели обозначение «верх» и «низ», что соответствовало расположению образца в оснастке (см. рис. 3).
Рис. 3. Схема нагружения Fig. 3. Loading scheme
Рис. 4. Окно настройки циклических нагрузок Fig. 4. Window for setting cyclic loads
Результаты и их обсуждение
При статическом нагружении образца № 1 на четырехточечной оснастке сила, при которой началось разрушение, составила 10,407 кН, в дальнейшем это значение силы не было превышено и осталось максимальным. Характерный график разрушения при статическом изгибе изображен на (рис. 5).
Разрушение образца имело дискретный характер, сопровождалось характерным треском, свидетельствующим о разрыве части армирующих волокон. После каждого частичного разрушения следовал небольшой отрезок роста нагрузки с дальнейшим резким разрушением очередной части волокон. По мере роста значения изгиба размеры ступенек уменьшались.
Величины сил для циклических испытаний образцов были получены на основе данных статических испытаний. Минимальная нагрузка составила 1,0407 кН, это необходимо для того, чтобы образец во время испытаний постоянно был нагружен и не мог перемещаться в оснастке. Максимальная нагрузка составила 7,285 кЫ, что составляет 70 % от нагрузки разрушения. Частота колебаний выбрана опытным путем, она составила 4 Гц, это максимально возможная частота, при которой испытательная машина стабильно поддерживает нужную амплитуду.
Бездефектный образец № 2 выдержал 204 487 циклов, после чего разрушился. Каждые 60 000 циклов образец проходил ультразвуковой контроль для выявления динамики развития дефектов. Первые дефекты были зафиксированы после 120 000 циклов, после 180 000 циклов зафиксировано их увеличение.
Далее представлены зоны дефектов после ультразвукового контроля (рис. 6.).
Низ
Верх
б
Рис. 6. Дефекты образца № 2: а - 120 000 циклов; б - 180 000 циклов Fig. 6. The defects of sample No. 2: a - 120,000 cycles; b - 180,000 cycles
Деформация % Рис. 5. График разрушения при статическом нагружении Fig. 5. The graph of destruction under static loading
Рис. 7. График зависимости площади дефекта от количества циклов нагружения Fig. 7. Graph of the dependence of the area of the defect on the number of loading cycles
Наглядный график развития размеров дефектов в плане, зафиксированных при ультразвуковом контроле, с верхней и нижней сторон образца показан на (рис. 7).
Из графика видно, что площади дефектов растут практически линейно с каждой из сторон образца. «Верх» образца, который испытывает сжимающие напряжения, более подвержен образованию расслоений. «Низ» образца испытывает растягивающие напряжения, к которым у углепластиков более высокая стойкость. Площадь расслоений по верхней части образца примерно на 40 % больше, чем по нижней части. Данная тенденция характерна для большинства композиционных слоистых материалов.
Испытание образца № 3 с дефектом типа «расслоение» происходило также, как и для бездефектного образца. Образец № 3 начал разрушаться уже после 9 000 циклов, это было зафиксировано визуально. После 19 000 циклов дефект вышел на кромки образца. После 21 991 циклов образец разрушился. Разрушение образца произошло до наступления 1-го цикла ультразвукового контроля, поэтому динамика разрушения была зафиксирована только визуально.
Наибольший интерес представляют результаты испытаний образца № 4 после проведения ремонта «расслоения». Первая фиксация начала разрушения образца была произведена после 32 000 циклов, на торце образца появились единичные расслоения. При достижении 35 631 циклов образец полностью разрушился (рис. 8).
Рис. 8. Образец № 4 после разрушения циклическими нагрузками Fig. 8. Sample No. 4 after destruction under cyclic loads
Представлены результаты циклических испытаний образцов (табл.).
Сравнение образцов после цикловых нагрузок Comparison of samples after cyclic loads
Номер образца Количество циклов до разрушения Доля сохранения ресурса по сравнению с бездефектным образцом
Образец № 2 (без повреждений) 204 487 1
Образец № 3 (с расслоением) 21 991 0,11
Образец № 4 (с расслоением, после ремонта) 35 631 0,17
Сравнение результатов цикловых испытаний позволяет сделать вывод о том, что дефекты в виде подповерхностных расслоений вокруг отверстий очень сильно влияют на ресурс изделий из композиционных материалов. Наличие расслоения может снизить ресурс зоны дефекта на величину до 89 %. Общий ресурс изделия из композиционного материала снизится, конечно же, на меньшую величину, но также может достигать значительных величин.
Ресурс отремонтированного образца по сравнению с образцом, который не подвергался ремонту, вырос на 62 %. Это говорит о наличии положительного эффекта от ремонта. По сравнению с неповрежденным образцом, ресурс отремонтированного образца не достиг высоких значений и составил 17 %. Причиной этого может быть недостаточное качество клеевого соединения отремонтированного образца. Ограниченный доступ к поверхностям склеивания затрудняет проведение подготовки поверхностей расслоения и проникновение клеевого состава к расслоению. Доработка технологии ремонта может дать положительный эффект в части продления ресурса отремонтированных изделий. Возможно ис-
пользование специальной оснастки для инжектирования смолы в зону дефекта под давлением.
Заключение
В ходе исследований обнаружено, что дефекты в виде подповерхностных расслоений вокруг отверстий очень сильно влияют на ресурс изделий из композиционных материалов. Наличие расслоения может снизить ресурс зоны дефекта на величину до 9 раз.
Ремонт подповерхностных расслоений вокруг отверстий дает положительный эффект. Ресурс отремонтированного образца по сравнению с образцом, который не подвергался ремонту, вырос на 62 %. По сравнению с неповрежденным образцом, ресурс отремонтированного образца не достиг высо-
ких значений. Повышение качества ремонта может быть достигнуто путем доработки метода инжектирования клеевого состава в зону расслоения и путем повышения его текучести и клеевых свойств.
По результатам циклических испытаний бездефектных образцов из углепластика с отверстиями определена динамика развития расслоений вокруг концентратора напряжения - отверстия. Определено, что сторона образца, испытывающая сжимающие напряжения, больше подвержена появлению расслоений, чем сторона, испытывающая растягивающие напряжения. Площадь расслоений по стороне, подвергаемой сжатию, примерно на 40 % больше, чем по стороне, подвергаемой растяжению.
Список литературы
1. Sturov A.A., Chashin N.S. Service life testing of composite material // 2019 IOP Conf. Ser. : Mater. Sci. Eng. 632.
2. О влиянии износа инструмента на температуры резания при сверлении пакета углепластик : сталь / В.А. Колесник, Д.В. Криворучко, М. Хатала // Вестн. Национал. техн. ун-та Украины. Сер.: Машиностроение. 2015. № 1 (73). С. 10-14.
3. Савилов А.В., Пятых А.С. Определение коэффициентов сил резания для моделирования процесса сверления // Системы. Методы. Технологии. 2016. № 2. С. 69-73.
4. Чигринец Е.Г. Оптимизация процесса сверления армированного титаном стеклопластикового лонжерона лопасти несущего винта вертолета // Вестн. Москов. авиацион. ин-та. 2016. Т. 23. № 1. С. 177-188.
5. Стуров А.А. Восстановительный ремонт отверстий в полимерном композитном материале на основе углепластика с помощью «термоболта» // Авиамашиностроение и транспорт сибири : сб. ст. IX Всерос. науч.-практ. конф. Иркутск, 2017. С. 83-87.
6. Стуров А.А. Восстановительный ремонт отверстий в деталях из полимерных композитных материалов // Развитие научных направлений в современных условиях : сб. ст. материалы Междунар. науч.-практ. конф. М., 2017. С. 90-94.
7. Precise holes machining in multicomponent stacks from metals and CFRP / N.S. Chashhin, Y.N. Ivanov, A.E. Pashkov et al. // Advances in Engineering Research : International Conference on Aviamechanical Engineering and Transport. AVENT, 2018. 10.2991/avent-18.2018.13.
8. Performance of multi-margin coated tools in one-shot drilling of metallic-composite stack materials under varying feed rate and pecking conditions / C.-L. Kuo, S. Soo, D. Aspinwall et al. // In Proceedings of the 38th International Matador Conference. Huwei, Taiwan, Province of China, 2015. P. 231-238.
9. Ломаев В.И., Дударев А.С. Перспективы мэанической обработки отверстий при производстве изделий из волокнистых композиционных материалов гражданской авиатехники // Машиностроительные технологии. 2006. Т. 7. С. 18-22.
10. Garrick R. Drilling Advanced Aircraft Structures with PCD (Poly-Crystalline Di-amond) Drills // SAE Technical, paper 2007-01-3893. 2007.
11. Atarsia A., Mueller-Hummel P., Hollenbaugh S. High efficiency in machining carbon fiber composites and metal stacks for aerospace application // Finer Points. 2013. P. 18-28.
12. Пикалов А.А. Особенности разделки отверстий в смешанных пакетах ПКМ-Ti-Al // Механика и машиностроение. 2012. С. 669-679.
13. Иванов Ю.Н., Каверзин Е.У., Чапышев А.П. Экспериментальное исследование влияния теплового расширения обрабатываемых материалов при сухом сверлении отверстий в пакетах структуры «полимерный композиционный материал - титановый сплав» // Изв. Иркут. гос. ун-та. 2013. Т. 10 (81).
14. Roughness of holes in metal and polymer composite bags / N.S. Chashhin, Y.N. Ivanov, A.E. Pashkov et al. // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 2019. 632. doi:10.1088/1757-899X/632/1/012089.
15. Колесник В.А., Криворучко Д.В., Митал Д. Температура резания при сверлении пакетов углепластик/титановый сплав // Cutting and tool in engineering systems: International Scientific and Engineering Proceedings. Харьков : НТУ ХПИ, 2015. Vol. 85. P. 126-136.
16. Чашин Н.С., Иванов Ю.Н. Обработка отверстий в смешанных пакетах методом орбиталного сверления // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2015. № 11 (106). С. 44-49.
17. Чашин Н.С. Оценка точности обработки отверстий в углепластике на промышленном роботе KUKA KR210 R2700 Extra // Авиамашиностроение и транспорт Сибири : сб. ст. всерос. молодежной науч.-практ. конф. 2016. С. 308313.
18. Paulo R.G., Loïc B. Comparison between three-point and four-point flexural tests to determine wood strength of Eucalyptus specimens // Maderas: Ciencia y Tecnología 20(3). 2018. С. 333-342.
19. Theotokoglou E.E., Sideridis E. Study of composite beams in asymmetric four-point bending // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2011. 30(13). С. 1125-1137.
20. Failure behavior of composite laminates under four-point bending / K. Murat, S. Fazil, E. Nuri et al. // Journal of Composite Materials. 2016. Iss. 26. Vol. 50. P. 3679-3697.
References
1. Sturov A.A., Chashin N.S. Service life testing of composite material, 2019IOP Conf Ser.: Mater. Sci. Eng., 632.
2. Kolesnik V.A., Krivoruchko D.V., Khatala M., Mital' D. O vliyanii iznosa instrumenta na temperatury rezaniya pri sverlenii paketa ugleplastik/stal' [On the effect of tool wear on cutting temperatures when drilling a carbon fiber reinforced plastic / steel package]. Vestnik Natsional'nogo tekhnicheskogo universiteta Ukrainy "Kievskii politekhnicheskii institut". Seriya: Mashinostroenie [Journal of Mechanical Engineering NTUU "Kyiv Polytechnic Institute], 2015. No. 1 (73). Pp. 10-14.
3. Savilov A.V., Pyatykh A.S. Opredelenie koeffitsientov sil rezaniya dlya modelirovaniya protsessa sverleniya [Determination of the coefficients of cutting forces for modeling the drilling process]. Sistemy. Metody. Tekhnologii [Systems. Methods. Technologies]. Bratsk State University Publ., Bratsk. 2016. No. 2. Pp. 69-73.
4. Chigrinets E.G. Optimizatsiya protsessa sverleniya armirovannogo titanom stekloplastikovogo lonzherona lopasti nesushchego vinta vertoleta [Optimization of the drilling process of a titanium-reinforced fiberglass spar of a helicopter main rotor blade]. VestnikMoskovskogo aviatsionnogo instituta, 2016. Vol. 23. No. 1. Pp. 177-188.
5. Sturov A.A. Vosstanovitel'nyi remont otverstij v polimernom kompozitnom materiale na osnove ugleplastika s pomoshch'yu "termobolta" [Reconstruction of holes in a polymer composite material based on carbon fiber with the help of "thermobolt"]. Aviamashinostroenie i transport Sibiri. Sbornik statei IX Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. Ir-kutskii natsional'nyi issledovatel'skii tekhnicheskii universitet [Aviation engineering and transport of Siberia. Collection of articles of the IX All-Russian scientific and practical conference. Irkutsk National Research Technical University], 2017. Pp. 83-87.
6. Sturov A.A. Vosstanovitel'nyi remont otverstii v detalyakh iz polimernykh kompozitnykh materialov [Reconstruction of holes in parts made of polymer composite materials]. Razvitie nauchnykh napravlenii v sovremennykh usloviyakh. Sbornik statei po materialam mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. V 2-h chastyakh [Development of scientific directions in modern conditions. Collection of articles based on the materials of the International Scientific and Practical Conference. In 2 parts], 2017. Pp. 90-94.
7. Chashhin N.S., Ivanov Y.N., Pashkov A.E., Sturov A.A. Precise holes machining in multicomponent stacks from metals and CFRP. Advances in Engineering Research: International Conference on Aviamechanical Engineering and Transport. AVENT 2018. 10.2991/avent-18.2018.13.
8. Kuo C.-L., Soo S., Aspinwall D., Thomas W., Carr C., Pearson D., MSaoubi R., Leahy W. Performance of multi-margin coated tools in one-shot drilling of metallic-composite stack materials under varying feed rate and pecking conditions. In Proceedings of the 38th International Matador Conference, 7-4, 38th Matador Conference, Huwei, Taiwan, Province of China, 28-30March. 2015. Pp. 231-238.
9. Lomaev V.I., Dudarev A.S. Perspektivy mekhanicheskoi obrabotki otverstii pri proizvodstve izdelii iz voloknistykh kompozitsionnykh materialov grazhdanskoi aviatekhniki [Prospects for mechanical machining of holes in the production of products from fibrous composite materials of civil aviation technology]. Mashinostroitel'nye tekhnologii [Machine engineering technologies], 2006, Vol. 7. Pp. 18-22.
10. Garrick R. Drilling Advanced Aircraft Structures with PCD (Poly-Crystalline Diamond) Drills. SAE Technical, paper 2007-01-3893. 2007.
11. Atarsia A., Mueller-Hummel P., Hollenbaugh S. High efficiency in machining carbon fiber composites and metal stacks for aerospace application. Finer Points, 2013. Pp. 18-28.
12. Pikalov A.A. Osobennosti razdelki otverstij v smeshannyh paketah PKM-Ti-Al []. Mekhanika i mashinostroenie [Mechanics and machine engineering], 2012. Pp. 669-679.
13. Ivanov Yu.N., Kaverzin E.U., Chapyshev A.P. Eksperimental'noe issledovanie vliyaniya teplovogo rasshireniya obrabatyvaemykh materialov pri sukhom sverlenii otverstii v paketakh struktury "polimernyi kompozitsionnyi material - titano-vyi splav" [Experimental study of the effect of thermal expansion of processed materials during dry drilling of holes in packages of the structure "polymer composite material - titanium alloy"]. Izvestiya irkutskogo gosudarstvennogo universiteta [The Bulletin of Irkutsk State University], 2013. Vol. 10 (81).
14. Chashhin N.S., Ivanov Y.N., Pashkov A.E., Sturov A.A. Roughness of holes in metal and polymer composite bags. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2019. 632. 012089. 10.1088/1757-899X/632/1/012089.
15. Kolesnik V.A., Krivoruchko D.V., Mital D. Temperatura rezaniya pri sverlenii paketov ugleplastik/titanovyi splav [Cutting temperature when drilling carbon fiber / titanium alloy packages]. Cutting and tool in engineering systems: International Scientific and Engineering Proceedings. Khar'kov: NTU HPI Publ., 2015. Vol. 85. Pp. 126-136.
16. Chashin N.S., Ivanov Yu.N. Obrabotka otverstii v smeshannykh paketakh metodom orbital'nogo sverleniya [Processing of holes in mixed packages by orbital drilling]. Vestnik irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2015. No. 11 (106). Pp. 44\4-49.
17. Chashin N.S. Otsenka tochnosti obrabotki otverstii v ugleplastike na promyshlennom robote KUKA KR210 R2700 Extra [Evaluation of the accuracy of machining holes in CFRP on the industrial robot KUKA KR210 R2700 Extra]. Aviamashinostroenie i transport Sibiri Sbornik statei vserossijskoi molodezhnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Aviation Engineering and Transport of Siberia. Collection of articles of the All-Russian Youth Scientific and Practical Conference], 2016. Pp. 308-313.
18. Paulo R.G., Loïc B. Comparison between three-point and four-point flexural tests to determine wood strength of Eucalyptus specimens. Maderas: Ciencia y Tecnología 20(3), 2018. Pp. 333-342.
19. Theotokoglou E.E., Sideridis E. Study of composite beams in asymmetric four-point bending. Journal of Reinforced Plastics and Composites 30(13), 2011. Pp. 1125-1137.
20. Murat K., Fazil S., Nuri E., Kenan C. Failure behavior Composite Materials, 2016. Iss. 26. Vol. 50. Pp. 3679-3697.17.
Информация об авторах
Стуров Антон Андреевич - аспирант кафедры технологий и оборудования машиностроительных производств, Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, e-mail: hiero@ex.istu.edu. Чащин Николай Сергеевич - мл. н. с. кафедры технологий и оборудования машиностроительных производств, Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, e-mail: rufle54007@mail.ru Иванов Юрий Николаевич - канд. техн. наук, доцент кафедры технологий и оборудования машиностроительных производств, Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, e-mail: iv_yuriy@istu. edu
Макарук Александр Андреевич - канд. техн. наук, доцент кафедры технологий и оборудования машиностроительных производств, Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, e-mail: makaruk_aa@mail.ru
of composite laminates under four-point bending. Journal of
Information about the authors
Anton A. Sturov - Ph.D. student of the Subdepartment of Mechanical Engineering Production Technologies and Equipment, Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, e-mail: hiero@ex.istu.edu
Nikolai S. Chashchin - Junior Research Officer of the Subdepartment of Mechanical Engineering Production Technologies and Equipment, Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, e-mail: rufle54007@mail.ru Yurii N. Ivanov - Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor of the Subdepartment of Mechanical Engineering Production Technologies and Equipment, Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, e-mail: iv_yuriy@istu.edu
Aleksandr A Makaruk - Ph.D. in Engineering Science, Associate Professor of the Subdepartment of Mechanical Engineering Production Technologies and Equipment, Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, e-mail: makaruk_aa@mail.ru
Б01 10.26731/Ш3-9Ш8.2020.4(68).40-49 УДК 519.71, 681.5, 303.732.4, 62.752; 621.534; 629.4.015
Развитие системных представлений в динамике колебательных структур: частотная функция и формы связности движений элементов
А. В. Елисеев И
Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Российская Федерация И eavsh@ya.ru
Резюме
В статье развиваются новые подходы в формировании методологического базиса в оценке свойств колебательных структур на примерах механических колебательных систем с сосредоточенными параметрами, которые используются в качестве расчетных схем технических объектов технологического и транспортного назначения. Рассматриваются особенности системного подхода в оценке динамических взаимодействий элементов механических колебательных систем. Развиваются методы оценки свойств механических колебательных систем на основе характеристик, зависящих от коэффициентов форм движения парциальных систем в режиме свободных колебаний. Введено понятие частотной функции, отражающей особенности соотношения потенциальной и кинетической энергии системы. В приложении к механическим колебательным системам с двумя степенями свободы предложен и разработан алгебраический метод построения частотной функции, зависящей от коэффициента связности, отражающей динамические особенности механической колебательной системы. Для модельного примера показано, что построенная частотная функция совпадает с частотной энергетической функцией, полученной в рамках методов структурного математического моделирования. Разработан метод построения частотных функций для оценки особенностей динамических свойств механических колебательных систем, отображающих свойства связности форм колебательных движений элементов. Установлена зависимость между характеристикой упругих элементов и распределением коэффициентов форм, определяющих экстремальные значения частотной функции. Рассмотрен ряд форм частотных функций для различных вариантов механических колебательных систем, включая предельные параметры жесткости, определяющие степень связности массоинерционных элементов системы. Приводятся результаты решения на модельных примерах.
Ключевые слова
механическая колебательная система, динамические связи, частотная функция, системный подход, связность движения элементов, экстремальные свойства
Для цитирования
Елисеев А. В. Развитие системных представлений в динамике колебательных структур: частотная функция и формы связности движений элементов / А. В Елисеев // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2020. -№ 4 (68). - С. 40-49. - БО!: 10.26731/1813-9108.2020.4(68).40-49
