CC BY
0
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
УДК 629.7.015.4
ВИРТУАЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПЛЕТЕНЫХ КОМПОЗИТНЫХ СТРУКТУР
Р.И. Салимов*, М.Р. Ибрагимов Научный руководитель - О. Л. Хамидуллин
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева- КАИ Российская Федерация, 420111, г. Казань, ул. К. Маркса, 10 *E-mail: RSalimov 2000@mail.ru
В данной работе рассматривается виртуальное моделирование свойств композиционных материалов и верификация полученной информации по результатам экспериментальных данных. В качестве входных данных для моделирования были определены упруго-деформационные и теплофизические свойства неармированного полимера. На основе модели представительного элемента объема были получены данные по упруго-деформационным и теплофизическим свойствам композита, а также были проведены виртуальные испытания композитных образцов. Модели материала корректировались на основе экспериментальных результатов испытания материала.
Ключевые слова: представительный элемент объема, КЛТР, модуль Юнга, радиальное плетение, микроструктура, композитный материал.
VIRTUAL TESTS OF BRAIDED COMPOSITE STRUCTURES
R.I. Salimov*, M.R. Ibragimov Scientific Supervisor - O.L. Khamidullin
Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev - KAI 10, Karl Marx Street, Kazan, 420111, Russian Federation * E-mail: RSalimov 2000@mail.ru
In this paper, virtual modeling of the properties of composite materials and verification of the information obtained based on the results of experimental data are considered. Elastic-deformation and thermophysical properties of the non-reinforced polymer were determined as input data for modeling. Based on the model of a representative volume element, data on the elastic-deformation and thermophysical properties of the composite were obtained, and virtual tests of composite samples were conducted. The material models were adjusted based on the experimental results of the material test.
Keywords: representative volume element, CLTE, Young's modulus, radial weaving, microstructure, composite material.
Активное внедрение композитных в ответственные конструкции сложных технических систем авиационного и космического назначения приводит к необходимости точного прогнозирования характеристик материала в зонах с различным армированием. Технологические особенности изготовления, а также упруго-деформационные требования нередко приводят к необходимости применения различных схем армирования в одном изделии. Для создания цифровой модели, способной имитировать поведение изделия при различных условиях нагружения, требуется наличие данных по упруго-деформационным и теплофизическим свойствам композитного материала с учетом его микроструктуры.
Секция «Перспективные материалы и технологии»
Моделирование свойств композитного материала с учетом микроструктуры возможно с применением ряда коммерчески доступных программных пакетов, одним из которых является Digimat.
Целью данной работы явилось моделирование и верификация упруго-деформационных свойств представительного элемента объема композитного материла.
В качестве матрицы композитного материала применялся эпоксидный полимер на основе смолы DER354 и отвердителем ангидридного типа изоМТГФА. В качестве ускорителя применялись четвертичные соли фосфония [1, 2]. В качестве армирующего наполнителя применялось углеродное волокно T700 (Toray). Армирующая преформа получалась методом радиального плетения на радиальной плетельной машине HERZOG RF 1-144-100 с применением вытяжного устройства, многоосевого манипулятора с ЧПУ. Контроль структуры преформы осуществлялся системой машинного зрения Apodius vision system 3D в составе измерительного манипулятора Hexagon Absolute Arm.
В качестве входных параметров не армированного эпоксидного полимера использовались модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуансона определенные на динамическом механическом анализаторе DMA Q800 (TA Intsruments), коэффициент линейного температурного расширение, определенный на термомеханическом анализаторе TMA F1 Hyperion (Netzsch) [3]. Свойства волокнистого наполнителя использовались из литературных данных.
Режим отверждения образцов оптимизировался на дифференциально-сканирующем калориметре DSC 204 F1 Phoenix (Netzsch).
Верификация упруго-деформационных характеристик проводилось на универсальной электромеханической испытательной машине Instron 5882 путем испытания композитных образцов на растяжение.
В ходе выполнения работы были проведены виртуальные испытания композитных образцов, а также проведена корректировка моделей по экспериментальным данным.
Полученные модели материала могут быть использованы для моделирования свойств композитных изделий с изученными схемами армирования.
Библиографические ссылки
1. Amirova, L. R. Thermal properties of epoxy-anhydride formulations cured using phosphonium accelerators / L. R. Amirova, O. L. Khamidullin, K. A. Andrianova, L. M. Amirova // Polym. Bull. - 2018. - P. 1-15.
2. Khamidullin, O. L. Epoxy-Anhydride Binders with Phosphonium Catalyst for Fabrication of Products from Composition Materials through Pressure Impregnation / O. L. Khamidullin, L. R. Amirova, K. A. Andrianova, L. M. Amirova ISSN 2075-1133 // Inorganic Materials: Applied Research, 2020, Vol. 11, No. 1, pp. 79-84.
3. Хамидуллин О. Л. Сравнительный анализ термического расширения и теплоемкости полимеров на основе ряда эпоксиноволачных смол в широком диапазоне температур / О. Л. Хамидуллин, Г. М. Мадиярова, А. В, Резвых, К. А. Андрианова, Л. М. Амирова // Вестник технологического университета. 2021. Т.24, №5, с. 40-45.
© Салимов Р. И., Ибрагимов М. Р., 2022
