CC BY
135
УДК 539.3
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗЦОВ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ,
ИЗГОТОВЛЕННЫХ ПО РАЗЛИЧНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ
С.Е. Богословский, М.И. Мартиросов
Проводится сравнение прочностных характеристик образцов из полимерных композиционных материалов (ПКМ) отечественного и импортного производства для пакетов с одинаковым количеством монослоёв и укладкой, полученных по различным технологиям. Задача решается численно с помощью метода конечных элементов (МКЭ). Моделирование типовых образцов на растяжение/сжатие (для полосы с отверстием) и на сдвиг (для образца квадратной формы) осуществляется в пре-пост-процессоре М8С.8в/Шаге Ра^ап 2014. Расчеты проведены в М$С.^а$1гап 2014.0. Получены запасы прочности для четырёх сравниваемых ПКМ.
Ключевые слова: полимерный композиционный материал, автоклавное формование, вакуумная инфузия, метод конечных элементов, моделирование.
В работе проводится сравнение механических характеристик композитных пакетов (КП), изготовленных по разным технологическим процессам. Принято, что формат укладки и количество монослоёв в КП для сравниваемых вариантов одинаковое. Типовая укладка монослоев: +457-4570790707-457+45° (всего в КП 7 монослоев, формат укладки - смешанный). Сравниваемые технологии и материалы представлены в табл. 1. Все материалы - углепластик на основе углеленты и эпоксидного связующего.
Таблица 1
Сравниваемые материалы и технологии_
Технология Автоклавное формование Вакуумная инфузия
Импортный материал (США) НехР1у М21734%7ГО194ЛМЛ-12К РШБМ ЕР2400/ТХ 1100 1МБ65-24К-Ш196-6.35
Отечественный материал Углепластик КМУ-7т Роболен 200/6,35/иМТ49 ЕР 12К
Автоклавные технологии изготовления изделий путем формования с помощью высоковязких полимерных смол.
Формование - это этап технологического процесса, при котором происходит отверждение связующего. В этот период создается конечная структура материала и конструкции, формируются свойства, фиксируется форма изделия.
Основными технологическими параметрами формования являются: давление, температура, скорость их изменения во времени и степень отверждения.
Автоклавное формование используется для изготовления ответственных, высоконагруженных деталей, для которых принимают V = 0,65-0,75. Здесь V - коэффициент объёмного наполнения, V = Ув7Упкм, где Vв - объем, занятый волокнистым армирующим наполнителем; Vпкм -общий объём материала.
Важным фактором является требование не превысить давление сверх оптимального, что может привести к «голоду связующего», когда связующего не будет хватать для соединения волокон армирующего наполнителя в единое целое, что снизит прочность ПКМ.
На практике установлено, что для КП, состоящих из препрегов на тканой основе, существенное уплотнение происходит при давлениях от 3 до 8 атмосфер (которое достигается только при автоклавном формовании).
Помимо давления при формовании важен режим нагрева. Для изготовления высоконагруженных изделий из ПКМ применяют смолы горячего отверждения. Они обеспечивают материалу более высокую прочность и стабильность характеристик по времени. На практике температурный диапазон, задаваемый в автоклаве, составляет 120...200 С. Время выдержки при температуре отверждения смолы - от 2 до 6 часов. Скорость нагрева должна быть не выше 0,15...0,25 С/с.
Достоинства автоклавного формования: возможность изготавливать различные по форме изделия; создание равномерного давления на формуемое изделие; получение изделия с повышенными механическими характеристиками (под высоким давлением); задание равномерного нагрева / охлаждения с заданной скоростью; минимальное изменение физико-механических характеристик изделия; оптимальная объемная доля волокна в ПКМ.
Недостатки автоклавного формования: высокая стоимость оборудования (при создании производства «с нуля»); большой расход электроэнергии в процессе формования; необходимость использования дополнительной оснастки (например, цулаг) для обеспечения требуемого качества всех поверхностей изделия; необходимость в наличии дополнительного оборудования (холодильных установок) для хранения препрегов при массовом производстве - для обеспечения жизнеспособности связующего.
В качестве альтернативы методу автоклавного формования применяют метод вакуумной инфузии.
В ходе процесса вакуумной инфузии верхняя часть пресс-формы заменяется специальной вакуумной мембраной. Это снижает стоимость оснастки и обеспечивает преимущество этой технологии при изготовлении небольшого количества изделий больших размеров. Основные преимущества в сравнении с альтернативными способами с открытой пресс-формой заключаются в контроле летучих веществ, толщины, объёмной доли волокон Ув и расхода связующего.
Типовая промышленная установка для процесса инфузии включает в себя пресс-форму, работающую при комнатной температуре. Сначала вручную укладывается волокнистая заготовка, а затем вспомогательные материалы - поверхностный слой, пористый войлок, инфузионная сетка и вакуумная мембрана. Герметичность обеспечивается лентой-герметиком, а также приспособлением для нагнетания вакуума.
Процесс обычно выполняется при комнатной температуре, либо с применением дополнительного нагревательного оборудования.
С учетом ограниченного градиента давления (обычно 1 атмосфера между источником и приёмником) для создания зоны высокой проницаемости на поверхности слоистого материала операторы технологического процесса полагаются на инфузионную сетку. Как правило, это трикотажная мононить, сочетающая в себе высокую пористость с низкой поперечной податливостью, для создания туннеля, по которому пойдет поток связующего. Сетка, как правило, применяется один раз, это расходный материал.
Преимущества метода вакуумной инфузии (пропитки под вакуумом): возможность производства крупногабаритных изделий с большой площадью поверхности; отверждение полимерного связующего при формовании конструкции может проводиться в обычных печах, а также с использованием подогреваемой оснастки, либо при температуре окружающей среды - в зависимости от свойств применяемого связующего; относительно низкая стоимость изготовления деталей; данный метод формования более экологичен, нежели автоклавный.
Недостатки технологии вакуумной инфузии: достаточно высокая пористость готовых изделий; связующие, используемые для этого метода, обладают, как правило, пониженной ударной вязкостью; возникновение трудностей при изготовлении тонкостенных деталей сложного профиля; возможное отклонение направления волокон в процессе изготовления от заданного в документации; пропитка углепластика с использованием вакуума требует присутствия в пакете «проводящих» слоев стеклоткани; относительно невысокие значения механических характеристик углепластика в сравнении с методом автоклавного формования; косвенный контроль толщины слоистой конструкции (местная толщина при пропитке зависит от разности давлений вдоль вакуумной мембраны и от поперечной податливости армирования; на практике, толщина ламината постепенно уменьшается от точки ввода связующего к фронту потока).
В пре-пост-процессоре МЗС.ЗоА^аге Ра1тап 2014 смоделирован образец полоса с отверстием. Конечно-элементная модель (КЭМ) показана на рис. 1. Габаритные размеры: 210 мм - длина, 30 мм - ширина. В центре образца выполнено отверстие диаметром 5 мм.
V
КЭМ образца Диаметр центрального отверстия 5 мм
» 1 г» _ — о
» » р йга п; 01 4 4- ВП 30 эп- 2С 0 7: 9 1 2] 0 ТГ1
Рис. 1. КЭМ образца - полоса с отверстием
В табл. 2 представлены расчётные характеристики монослоёв, изучаемых материалов.
Таблица 2
Характеристики монослоев материалов /1/, /15/_
Физико-механическая характеристика и толщина Материал
PRISM ЕР2400/ТХ 1100 IMS65-24K-UD196-6.35 (лента, инфузия) Роболен 200/6,3 5/UMT49 ЕР 12К (лента, инфузия) HexPly М21 /3 4%/UD 194/IM А-12К (лента, автоклав) Углепластик КМУ-7т (лента, автоклав)
р, г/см3 1,52 1,56 1,5 1,52
5, мм 0,19 0,18 0,18 0,23
а+1, МПа (кгс/мм2) 2835 (289) 2196 (223,8) 2534 (258,3) 1540 (157)
Е+1, ГПа (кгс/мм2) 149 (15188,6) 134 (13659,5) 178,0 (18144,7) 133 (13557,6)
а+2, МПа (кгс/мм2) 54 (5,5) 50,6 (5,16) 47 (4,8) 34 (3,46)
Е+2, ГПа (кгс/мм2) 7,41 (755,3) 7,41 (755,35) 8,62 (878,7) 8,8 (897)
<7_!, МПа (кгс/мм2) 1011 (103) 1037 (105,7) 1261 (128,5) 1210(123,3)
Е_х, ГПа (кгс/мм2) 135 (13761,5) 131 (13353,7) 147 (14984,7) 118 (12028,5)
а_2, МПа (кгс/мм2) 202 (20,6) - 244 (24,9) 200 (20,4)
Е_2, ГПа (кгс/мм2) 8,27 (843) Принято (755,35) 8,4 (856,3) 9,5 (968,4)
и 0,32 Принято 0,32 0,32 0,36
т12, МПа (кгс/мм2) 89 (9,1) - 81,2 (8,3) -
С12, ГПа (кгс/мм2) 3,93 (400,6) Принято (400) 5,24 (534,15) Принято (534)
т13, МПа (кгс/мм2) 85 (8,7) 69 (7,0) 89 (9,1) 78 (7,95)
В табл. 2 использованы следующие обозначения: р - плотность материала, г/см3; 5 - толщина монослоя, мм; сг+1 - предел прочности монослоя при растяжении вдоль волокна, кгс/мм2; Е+1 - модуль Юнга монослоя при растяжении вдоль волокна, кгс/мм2; <т+2 - предел прочности монослоя при растяжении поперёк волокна, кгс/мм2; Е+2 - модуль Юнга монослоя при растяжении поперёк волокна, кгс/мм2; <т_1 - предел прочности монослоя при сжатии вдоль волокна, кгс/мм2; Е_х - модуль Юнга монослоя при сжатии вдоль волокна, кгс/мм2; <т_2 ~ предел прочности монослоя при сжатии поперёк волокна, кгс/мм2; Е_2 - модуль Юнга монослоя при сжатии поперёк волокна, кгс/мм2; ц - коэффициент Пуассона (определяющий поперечную деформацию при нагрузке, действующей в направлении волокна); т12 - предел прочности при сдвиге в плоскости листа, кгс/мм2; G12 -модуль сдвига монослоя в плоскости листа, кгс/мм2; т13 - предел прочности при межслоевом сдвиге, кгс/мм2.
В табл. 2 характеристики монослоёв материалов приведены для режима RTD (сухие образцы при температуре 23±3 °С) и являются паспортными данными производителей.
В результате анализа в приложении Laminate calc v. 1.1 получены эффективные характеристики по растяжению для типовых КП, состоящих из семи монослоёв (представлены в табл. 3).
Таблица 3
Характеристики по растяжению пакетов_
Физико-механическая характеристика и толщина пакета Материал
РМБМ ЕР2400/ТХ 1100 1М865-24К-Ш196-6.35 (лента, инфузия) Роболен 200/6,3 5/иМТ49 ЕР 12К (лента, инфузия) НехР1у М21 /3 4%/1ЛЗ 194/1М А-12К (лента, автоклав) Углепластик КМУ-7т (лента, автоклав)
5КП, мм 1,33 1,26 1,26 1,61
Е+1КП- кгс/мм2 6056,9 5508,9 7297,5 5656,2
Е+2КП- кгс/мм2 4278,4 3913,7 5157,6 4072,9
^12кп- кгс/мм2 2391,6 2172,9 2879,35 2218,6
Мкп 0,316 0,315 0,311 0,308
В табл. 3 использованы следующие обозначения: — толщина КП, мм; Е+1КП — модуль Юнга КП при растяжении в продольном направлении, кгс/мм2; Е+2кп ~ модуль Юнга КП при растяжении в поперечном направлении, кгс/мм2; /¿кп - коэффициент Пуассона для КП; 612кп ~ модуль сдвига КП в плоскости листа, кгс/мм2.
Из табл. 2 и 3 видно, что при одинаковой схеме укладки, одном и том же количестве монослоёв в КП, отечественные материалы уступают импортным, а по сравнению технологий - характеристики КП, полученного инфузионной технологией уступают характеристикам КП, полученного автоклавным формованием. Также видно, что КП из отечественных материалов будут иметь большую массу, чем КП из импортных материалов.
Картина деформирования образца при растяжении силой 7000 кгс показана на рис. 2 (перемещения указаны в мм).
Рис. 2. Деформации и продольные перемещения (мм) образцов при растяжении силой 7000 кгс
456
Средние действующие продольные напряжения растяжения в КП показаны на рис. 3 (кгс/мм2).
Осреднённая по пакету действующая Х-компонента напряжешш, кгс/мм -
РЮ8М ЕР2400/ТХ 1100 IMS65-24K.-UD196-6.35 толщ1ша пакета 1,33 мм
431.0
Г
Роболен 200/6,35/ЦМТ49 ЕР 12К толщина пакета 1,26 мм
НехР1у М21 /34%/Ш) 194/1МА-12К толщина пакета 1,26мм
Углепластик КМУ-7т толщина пакета 1,61 мм
455.2 424.8 394 4
364.0
333.6
303.2
272.8 242.5
212.1
181.7
151.3
120.9
90.б|
60.1
29.81 -Об!
;
Рис. 3. Средние действующие продольные напряжения, кгс/мм2
Эквивалентные действующие напряжения в КП показаны на рис. 4 (кгс/мм2).
Осреднённые по пакету эквивалентные напряжения, кгс/мм 2 РЯ18М ЕР2400/ТХ 1100 1М565-24К-Ш196-6.35 толщина пакета 1,33 мм
547,1
Роболен 200/6,35/ЦМТ49 ЕР 12К толщина пакета 1,26 мм
575 541
507.7
473.8 440.0
1
372.31 338.4
НехР1у М21/34%/ЦЕ)194/1МА-12К толщина пакета 1,26мм зо4 б|
270.7 I
Рис. 4. Эквивалентные напряжения в КП, кгс/мм2
Эквивалентные напряжения, осреднённые по пакету, с учётом коэффициента концентрации напряжений (к = 3) указаны в табл. 4.
457
Таблица 4
Запасы по растяжению образцов_
Параметры Материал
PRISM ЕР2400/ТХ 1100 IMS65-24K-UD196-6.35 (лента, инфузия) Роболен 200/6,3 5/UMT49 ЕР 12К (лента, инфузия) HexPly М21 /3 4%/UD 194ЛМ А-12К (лента, автоклав) Углепластик КМУ-7т (лента, автоклав)
^'кэкь кгс/мм2 182,4 190,9 191,8 146,1
[°+iL кгс/мм2 289 223,8 258,3 157
?7+кэм 1,58 1,17 1,34 1,07
5КП, мм 1,33 1,26 1,26 1,61
F, мм2 33,25 31,5 31,5 40,25
Р аап ~ J 7000 F ' кгс/мм2 210,5 222,2 222,2 173,9
Лап 1,37 1,01 1,16 0,90
В табл. 4 использованы следующие обозначения: с'кэм — действующие напряжения из КЭМ с учётом понижающего коэффициента концентрации напряжений, кгс/мм2; [сг+1] - допускаемые напряжения растяжения в главном направлении, кгс/мм2; г]+кш - запас прочности по растяжению (от напряжений из расчёта МКЭ); F - площадь поперечного сечения с отверстием, мм2; <гап - аналитически вычисленные напряжения растяжения от действия растягивающей силы 7000 кгс, кгс/мм2; г]ап - запас прочности по растяжению (от аналитически вычисленных напряжений).
Из табл. 4 видно, что образцы из углепластика КМУ-7т и Роболен 200/6,35/UMT49 ЕР 12К имеют наименьшие запасы прочности по растяжению, что подтверждено как аналитически (по формуле <тап = P/F), так и численно (с помощью МКЭ).
Наиболее прочным материалом по растяжению оказался образец PRISM ЕР2400/ТХ 1100 IMS65-24K-UD196-6.35 (лента, инфузия), однако данный образец имеет большие деформации, чем образец HexPly M21/34%/UD194/IMA-12K (лента, автоклав), толщина монослоя которого на 0,07 мм меньше, чем у образца PRISM ЕР2400/ТХ 1100 IMS65-24K-UD196-6.35.
Вывод по расчётам МКЭ на растяжение: по запасам прочности по растяжению, соотношению деформации и толщины пакета наилучший материал из четырёх рассмотренных - HexPly M21/34%/UD194/IMA-12K (лента, автоклав).
Далее проведён расчёт устойчивости от действия сжимающей силы 1000 кгс для образца полоса с отверстием, шарнирно опёртого по всем сторонам.
В результате анализа в приложении Laminate calc v. 1.1 получены эффективные характеристики по сжатию для типовых КП, состоящих из семи монослоёв (представлены в табл. 5).
458
Таблица 5
Характеристики по сжатию пакетов_
Физико-механическая характеристика и толщина пакета Материал
PRISM ЕР2400/ТХ 1100 IMS65-24K-UD196-6.35 (лента, инфузия) Роболен 200/6,3 5/UMT49 ЕР 12К (лента, инфузия) HexPly М21 /3 4%/UD 194/IM А-12К (лента, автоклав) Углепластик КМУ-7т (лента, автоклав)
5КП, мм 1,33 1,26 1,26 1,61
Е_1КП, кгс/мм2 5562,6 5399,4 6160,9 5121,8
Е_2кп- кгс/мм2 3969,3 3840,8 4396,7 3734,5
С-12КП- кгс/мм2 2193,6 2129,2 2426,4 2004,4
М-кп 0,318 0,314 0,306 0,309
В табл. 5 использованы следующие обозначения: Е_iкп — модуль
Юнга КП при сжатии в продольном направлении, кгс/мм2; Е_2кп — модуль Юнга КП при сжатии в поперечном направлении, кгс/мм2; д_кп - коэффициент Пуассона для КП, полученный при расчёте на сжатие; £-12кп ~ модуль сдвига КП в плоскости листа, полученный при расчёте на сжатие, кгс/мм2.
Результаты расчёта (запасы по устойчивости и форма потери устойчивости) указаны на рис. 5. Расчёты проводились в линейном решателе на устойчивость (Buckling, Solution 105). Шкала на рисунке указана в перемещениях (мм). Форма потери устойчивости одинаковая для всех образцов.
Рис. 5. Запасы по устойчивости исследуемых образцов
Вывод по расчётам МКЭ на сжатие: по запасам прочности по сжатию от действия сжимающей силы 1000 кгс в продольном направлении, наилучший материал из четырёх рассмотренных - углепластик КМУ-7т (но толщина КП из семи монослоёв у него наибольшая из четырёх рассмотренных КП).
Далее проводится расчёт на сдвиг.
В качестве типового образца принимается образец квадратной формы со стороной 200 мм (рис. 6). Проводится расчёт устойчивости заделанного по четырём сторонам образца от действия сдвигового потока 3 кгс/мм.
Рабочая зона
Î cq
Ï -о
200x200
К
R5
I
_L
I i
I
b=200
B=320
Рис. 6. Эскиз образца на сдвиг
Запасы по устойчивости от сдвигового потока и форма потери устойчивости показаны на рис. 7. Расчёты проводились в линейном решателе на устойчивость (Buckling, Solution 105). Шкала на рисунках указана в перемещениях (мм). Форма потери устойчивости одинаковая для всех образцов.
Устойчивость от сдвигового потока 3 кгс/мм.
Deformed(1.): Total Translation
PRISM EP2400/TX 1100 IMS65-24K-UD196-6.35
||D -Jqx -Iqy qxy qx изг T qy изг * Запасn -
if о| 0 3 0 0 1,266105,
Output Set: Eigenvalue 1 1.266105
Роболен 200/6,35/UMT49 ЕР 12K
!S2-
laï_
Я"У
qx и
0 1,041764
Output Set: Eigenvalue 1 1.041764
HexPly M21 /3 4%/UD 194/IMA-12K
||D -Jqx " Iqy qxy qxHBr * qv изг ' Запас n -
l[ o| 0 3 o| 0 1,183731
Output Set: Eigenvalue 11.183731
Углепластик КМУ-7т
ID •iqx •|qy ' qxy - qx изг • qy изг ' Запас n -
1| o| 0| 3| 0[ 0| 2,068654,
Output Set: Eigenvalue 1 2.068654
Рис. 7. Запас по устойчивости от сдвигового потока для исследуемых образцов
Результаты расчётов образцов по растяжению, сжатию и сдвигу сведены в итоговую табл. 6.
Таблица 6
Сводная таблица запасов прочности образцов_
Тип образца Образец полоса с отверстием 210/30мм, центральное отверстие диаметра 5 мм Образец квадрат со стороной 200мм
Материал ^'кэкь кгс/мм2 [f+iL кгс/мм2 V+КЭМ 5кгъ мм ^-кэм ^-тКЭМ
PRISM EP2400/TX 1100 IMS65-24K-UD196-6.35 (лента, инфузия) 182,4 289 1,58 1,33 1,352 1,266
Роболен 200/6,3 5/UMT49 ЕР 12К (лента, инфузия) 190,9 223,8 1,17 1,26 1,113 1,041
HexPly М21 /34%/UD 194/IMA-12К (лента, автоклав) 191,8 258,3 1,34 1,26 1,266 1,183
Углепластик КМУ-7т (лента, автоклав) 146,1 157 1,07 1,61 2,189 2,068
В табл. 6 использованы следующие обозначения: ?7-кэм — запас прочности по устойчивости от действия сжимающей силы 1000 кгс; ^-ткэм ~ запас прочности по устойчивости от сдвигового потока 3 кгс/мм.
Общий вывод. В результате проведённых исследований выявлено, что отечественный образец КМУ-7т имеет более высокие характеристики по сжатию и сдвигу. По растяжению наилучшие характеристики (из всех рассмотренных ПКМ) у образца PRISM ЕР2400/ТХ 1100 (США).
При подготовке данной работы использовалась литература [1-16].
Список литературы
1. Справочник министерства обороны США: справочник по композиционным материалам в 5 томах. Свойства композиционных материалов с полимерным связующим материалом. MIL-HDBK-17-22F, 2002. Том 2. 522 с.
2. Майер Н.Дж. Гражданская авиация // Композиционные материалы // Применение композиционных материалов в технике. М.: Машиностроение, 1978. Том 3. С. 36-77.
3. Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1988. 272 с.
4. АлфутовН.А., Попов Б.Г. Композитные панели и пластины // Композиционные материалы: справочник; под ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение, 1990. С. 404-417.
5. Протасов В.Д., Царахов Ю.С. Композиты как конструкционные материалы // Композиционные материалы: справочник; под ред. В.В. Васильева, Ю.М. Тарнопольского. М.: Машиностроение, 1990. С. 7-14.
6. ПобедряБ.Е. Механика композиционных материалов. М.: МГУ, 1984.336 с.
7. Кристенсен Р. Введение в механику композитов. М., Мир, 1982.
336 с.
8. Композиционные материалы; под ред. Л. Браутмана, Р. Крока // Механика композиционных материалов. М.: Мир, 1978. Том 2. 564 с.
9. Ишлинский А.Ю., Черный Г.Г. Прикладная механика композитов. М., Мир, 1989. 360 с.
10. Болотин В.В., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. М.: Машиностроение, 1980. 375 с.
11. Алфутов Н.А., Зиновьев П.А., Попов Б.Г. Расчет многослойных пластин и оболочек из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1984. 263 с.
12. Малмейстер А.К., Тамуж В.П., Тетеренс Г.А. Сопротивление полимерных и композитных материалов. Рига, Зинатне, 1980. 571 с.
13. Кравчук А.С., Майборода В.П., Уржумцев Ю.С. Механика полимерных и композиционных материалов. М.: Наука, 1985. 304 с.
14. Смотрова С.А., Наумов С.М., Смотров А.В. Технологии изготовления силовых агрегатов авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов. М.: Техносфера, 2015. 216 с.
15. Авиационные материалы: справочник. Полимерные композиционные материалы; под общей ред. Е.Н. Каблова. М., ВИАМ, 2010. Том 7. 210 с.
16. Мэттьюз Ф., Ролингл Р. Композитные материалы. Механика и технология. М.: Техносфера, 2004. 408 с.
Богословский Станислав Евгеньевич, ведущий инженер-конструктор, bog stasaimail.ru, Россия, Москва, ПАО «Корпорация «Иркут»,
Мартиросов Михаил Иванович, канд. техн. наук, доцент, michaelmartirosov@yandex.ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)
NUMERICAL COMPARISON OF STRENGTH CHARACTERISTICS OF SPECIMENS FROM POLYMER COMPOSITE MATERIALS, WHICH CREATED BY DIFFERENT
TECHNOLOGIES
S.E. Bogoslovskii, M.I. Martirosov
In the present article make a comparison of strength characteristics of specimens from polymer composite materials (PCM) which made in Russia and which imported from foreign countries. There are identical number of layers and type of laying in all composite packages (CP). CP was created by different technologies. Numerical solution carried out after finite-element modelling of different specimens, which worked on tension / compression (form is band with central hole) and worked on shear (form is square). Finite-element model (FEM) was created in pre-post-processor MSC.Software Patran 2014. Analysis carried out in MSC.Nastran 2014.0 solver. As the results of analysis were obtained the factors of safety for all studying forms for different materials.
Key words: polymer composite material, autoclave forming, vacuum infusion, finite-element method, modelling.
Bogoslovskii Stanislav Evgenyevich, principal engineer-designer, bog_stas@,mail. ru, Russia, Moscow, PJSC «Corporation «Irkut»,
Martirosov Michail Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, michaelmar-tirosov@yandex.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University)
УДК 623.434.42
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЛИЯНИЯ ИЗНОСА СТВОЛА
И ИНТЕНСИВНОСТИ СТРЕЛЬБЫ НА ТОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ПУШКИ
С.В. Новиков
Теоретически обосновано влияние механических свойств ствола, его геометрических особенностей и условий эксплуатации на возникновение систематических отклонений снарядов при стрельбе, а также построена математическая модель, учитывающая влияние износа ствола и интенсивности ведения огня из автоматической пушки на точность ее стрельбы.
Ключевые слова: точность стрельбы, автоматическая пушка, эксплуатационные факторы, механические свойства ствола, износ ствола.
Термомеханические процессы взаимодействия снаряда и раскалённых пороховых газов со стволом автоматических пушек (АП) при выстреле способствуют возникновению эрозии канала ствола, развитие которой, в конечном счете, приводит к ухудшению точности стрельбы. В этом аспекте, влияние механических свойств ствола, его геометрических особенностей, условий эксплуатации на формирование начальных внешнебаллисти-ческих характеристик выстрела, а следовательно, и точность стрельбы представляет научный и практический интерес.
В качестве эксплуатационных факторов примем количество произведенных из пушки выстрелов за весь период применения изделия по назначению (настрел), приводящих к износу ствола, а также число выстрелов за текущий, сравнительно непродолжительный промежуток времени (интенсивность стрельбы). Геометрическими факторами будут являться линейные размеры ствола, а фактором, учитывающим его механические свойства - модуль упругости первого рода. Под точностью стрельбы будем понимать отклонение точки попадания снаряда от точки прицеливания. Схема воздействия данных факторов на точность стрельбы представлена на рис. 1.
Исходя из вышенаписанного справедливы функциональные зависимости [1, 2], представленные в выражении
463
