CC BY
18
2. Виноградов С.С. Экологически безопасное гальваническое производство. М: Глобус. 1998. Вып. 3. С. 298.
3. Салахова Р.К., Жирнов А.Д., Ильин В.А., Семёнычев В.В., Тюриков Е.В. Свойства и структура «трехвалентных» хромовых покрытий, сформированных в присутствии нано-размерных частиц оксидов металлов /«Проблемы и перспективы развития двигателестро-ения»: Материалы докладов. Часть 2. Самара. Самарский государственный аэрокосмический университет. 2009. С. 140-141.
4. Семёнычев. В.В., Смирнова Т.Б. О возможности оценки пористости покрытий потенцио-статическими методами //Авиационные материалы и технологии. 2009. №2. С. 7-9.
5. Петрова А.П. Клеящие материалы: Справочник. М: КиР. 2002.
УДК 666.162:629.12.011.83
Н.О. Яковлев, B.C. Ерасов, Е.Г. Сентюрин, Г.М. Харитонов*
РЕЛАКСАЦИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В АВИАЦИОННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ СТЕКЛАХ ПРИ ПОСЛЕПОЛЕТНОЙ СТОЯНКЕ САМОЛЕТА
Для органических стекол марок С0-120 и ВОС-2 экспериментально исследован процесс релаксации напряжений растяжения путем развития высокоэластической (ВЭ) деформации и процесс релаксации остаточных напряжений при послеполетной стоянке самолета, связанный с исчезновением ВЭ деформации. Установлено, что процессы релаксации остаточных напряжений в стеклах различной структуры существенных различий не имеют, а закономерность релаксации остаточных напряжений, полученных при температурах эксплуатации, близких к температуре размягчения стекла, близка к закономерности релаксации напряжений растяжения при комнатной температуре.
Ключевые слова: высокоэластическая деформация, остаточные напряжения, релаксация, органическое стекло.
Известно, что условия эксплуатации высокоскоростных самолетов могут приводить к возникновению на внешней поверхности остекления остаточных напряжений, возникающих вследствие деформирования при нагреве остекления [1]. Экспериментально подтверждено [2], что остаточные напряжения растяжения в остеклении фонаря могут достигать 17 МПа после нескольких нагревов. Их появление связано с тем, что релаксационные процессы при нагреве стекла проходят интенсивнее, чем восстановительные при охлаждении на режиме торможения самолета.
За время стоянки самолета остаточные напряжения будут релаксировать вследствие исчезновения оставшейся после полета части высокоэластической (ВЭ) деформации. Возникают вопросы: одинаковы ли при одной и той же температуре процессы релаксации остаточных напряжений растяжения и напряжений растяжения, возникших при нагружении органического стекла, полностью ли релаксируют остаточные напряжения в органических стеклах на основе линейных и частично-сшитых полимеров за ограниченное время или процесс релаксации затухает при достижении определенных величин напряжения.
*ФГУП «ЛИИ им. М.М. Громова».
Предложенная ранее методика [3, 4] циклического знакопеременного нагруже-ния по жесткому режиму (с управлением по деформации) образцов органических стекол позволяет получать кривые релаксации напряжений, связанные с развитием ВЭ деформации во всем эксплуатационном диапазоне температур. В свою очередь, получение кривых релаксации остаточных напряжений - процесс трудоемкий, поскольку требует проведения экспериментов, имитирующих условия полета и последующей стоянки самолета. Каждый такой эксперимент одновременно сочетает в себе нагружение и разгрузку по жесткому режиму, с выдержками при постоянной деформации и постоянных напряжениях и изменением температуры.
В связи с этим для проведения комплексного моделирования поведения остекления летательных аппаратов в условиях эксплуатации и, в частности, моделирования релаксации остаточных напряжений в органическом остеклении за время стоянки самолета после полета с нагревом остекления до температуры размягчения Тр, проведены эксперименты для сравнения закономерностей релаксации напряжений при развитии ВЭ деформации и релаксации остаточных напряжений после полета. В случае их идентичности представляет интерес возможность использования кривых релаксации, определяемых в полуциклах циклического знакопеременного нагружения образцов стекол при комнатной температуре, при моделировании релаксации остаточных напряжений.
Эксперименты проводились на образцах в виде лопаток с прямоугольным сечением 10^10 мм из органических стекол марок С0-120 (линейный полимер, ТР=120°С) и ВОС-2 (полимер с частично сшитой структурой, ТР=150°С). В экспериментах при комнатной температуре образцы нагружались сжатием до степени деформации во: 0,5; 0,8 и 1,2%, при которой выдерживались в течение 600-1200 с, за которые в них успевала развиться ВЭ деформация (протекал процесс релаксации напряжений сжатия). После чего проводилась разгрузка до деформации 8=0 с получением остаточных напряжений, релаксацию которых при постоянной деформации 8=0 и фиксировали. В экспериментах при повышенной температуре образцы нагревались до заданной температуры с последующим нагружением сжатием до деформации г0=0,25%, при которой выдерживались в течение 600 с (рис. 1, а). Затем при фиксированном напряжении проводилось охлаждение до комнатной температуры, с последующей разгрузкой до полного снятия остаточных деформаций. В результате чего в образце получали остаточные напряжения растяжения о(0)ост, релаксацию которых при постоянной деформации и фиксировали.
а)
Рис. 1. Экспериментальные кривые релаксации остаточных напряжений о(0)ост (я) и напряжений за счет развития высокоэластической деформации о(т)0СТ (б)
Затем для снятия остаточных напряжений образец подвергался отжигу при той же температуре, что и в предыдущем эксперименте. Через сутки (после «отдыха») тот же образец подвергался растяжению до создания напряжения о(0)=о(0)ост и при полученной постоянной деформации выдерживался не менее 600 с с записью кривой релаксации напряжений о(т) (рис. 1, б).
Проведенные эксперименты показали, что кривые о(т)0Ст и о(т), полученные при комнатной температуре, существенно различаются. Остаточные напряжения в обоих органических стеклах релаксируют быстрее и полностью, причем за сравнительно короткое время. Так, за первые 600 с при начальных деформациях сжатия до 1,2% релаксация остаточных напряжений, которую можно представить в виде отношения
°(0)ост - Ф)с
°(0)с
, достигает -90%. Релаксация напряжений вследствие развития ВЭ де-
а(0) 1
а(0)
формации при растяжении оргстекол за это время достигает -10-20% в зависимости от начальной заданной деформации (рис. 2).
Сравнение кривых а(т)0СТ, полученных после сжатия образцов при повышенных температурах, и кривых о(т), полученных при комнатной температуре, показало, что с повышением температуры при сжатии кривые сближаются и при температуре Т>(ТР -15°С) - для стекла СО-120 и Т>(ТР -30°С) - для стекла ВОС-2 практически совпадают (рис. 3). Также с повышением температуры при сжатии релаксация остаточных напряжений при комнатной температуре снижается и при температуре Т~(ТР -25°С) составляет 20%, стабилизируясь через -600 с с начала релаксации.
Таким образом, установлено, что процессы релаксации остаточных напряжений в оргстеклах СО-120 и ВОС-2 существенных различий не имеют, а закономерность релаксации остаточных напряжений, полученных при температурах при сжатии, близких к Тр, близка к закономерности релаксации напряжений растяжения при комнатной температуре.
0 200 400 600
Продолжительность релаксации х, с
Рис. 2. Релаксация остаточных напряжений о(т)0ст (сжатие при комнатной температуре) и напряжений растяжения о(х) в оргстекле ВОС-2 при степени деформации е0, %: 0,5 (А, ▲); 0,8 (□, ■); 1,2 (о, •)
а)
б)
а(т) , МПа
7
6 5
а(т), МПа
о(т) о(т)ост \ /
1—а в 8—< >-=&==УВ=8=-#
200 400 600 0 200 400
П р о до л ж ите л ь но сть р ел акс ац и и т, с
600
Рис. 3. Релаксация остаточных напряжений о(т)0Тс (сжатие при температуре (Гр -15°С) -для оргстекла СО-120 и (Гр -30°С) - для ВОС-2) и напряжений растяжения о(х) в оргстеклах СО-12 0 (а) и ВОС-2 (б)
0
Полученные результаты показали возможность использования кривых о(т), определенных во вторых полуциклах нагружения (растяжения) образцов оргстекол при комнатной температуре, для моделирования релаксации остаточных напряжений в органическом остеклении за время стоянки самолета после полета с нагревом остекления до T>(TP -15°С).
Полученные материалы позволяют доработать методику моделирования результирующих и остаточных напряжений [3] в целях повышения точности получаемых результатов, возможности ее применения к изделиям остекления из линейных и частично сшитых полимеров в расширенном диапазоне температур.
В работе активное участие принимала сотрудница ФГУП «ЛИИ им. М.М. Громова» О.И. Хитрова.
ЛИТЕРАТУРА
1. Харитонов Г.М., Хитрова О.И., Ерасов B.C. и др. Влияние эксплуатационных условий нагружения на упругопластические характеристики авиационного органического остекления //Авиационная промышленность. 2006. № 2. С. 43-48.
2. Харитонов Г.М., Хитрова О.И. Напряженно-деформированное состояние монослойного остекления фонарей самолетов //Авиационная промышленность. 1993. № 5-6. С. 55-60.
3. Харитонов Г.М., Хитрова О.И. и др. Температурные напряжения в авиационном органическом остеклении, работающем в области упругопластических деформаций //Авиационная промышленность. 2007. № 4. С. 53-57.
4. Яковлев И.О., Ерасов В.С., Харитонов Г.М. Методика определения упругих, высокоэластических и пластических характеристик органического стекла /В сб. материалов третьей Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериа-лов». 2009. Т. 2. С. 272-273.
