Ученые создают метод предсказания долговечности композитов для авиации

Условия, обеспечивающие заданную выносливость композитных материалов, исследуют в рамках проекта, поддержанного грантом РНФ, ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), 31 марта сообщает пресс-служба вуза.

Исследование специалистов ЮУрГУ позволит определять долговечность при циклических нагрузках конструкций из композитных материалов, используемых в авиастроении, автомобилестроении и других отраслях промышленности, а также определять оптимальную структуру укладки слоев в нем.

На эксплуатационные характеристики и долговечность машин, изготовленных из композитных материалов, негативное влияние оказывают возникающие в композите при определенных нагрузках микротрещины. Особенностью полимерных волокнистых композитов являются очень высокие механические характеристики и долговечность, но только лишь при нагружении вдоль волокон.

При этом способность такого композита выдерживать длительное время высокие нагрузки зависит от вязкоупругости и прочности полимерной структуры. Особенно хорошо это заметно, когда в композите применяется тканевая арматура или его слои имеют волокна разной направленности.

Проект научных сотрудников ЮУрГУ «Оценка влияния сложного напряженного состояния на кинетику деформирования и разрушения полимерных композитов с концентраторами напряжений при статическом и циклическом нагружениях» включает проведение большого числа экспериментов для определения предельно допустимых условий нагружения композитов.

В процессе их проведения ученые фиксируют поля деформаций при длительном нагружении и выявляют моменты нарушения сплошности композита для формирования критериев накопления микроповреждений и разрушения материала.

Оценка кратковременной прочности слоистого композита при заданном нагружении производится с помощью разработанной ранее учеными ЮУрГУ программе FARGR2, зарегистрированной в реестре программного обеспечения РФ. С ее помощью определяется предельное сочетание нагрузок на композит, которые он способен выдержать только лишь один раз.

Руководитель проекта, профессор кафедры «Техническая механика» ЮУрГУ Сергей Сапожников пояснил:

«Для определения величины нагрузок на изделия, эксплуатируемые длительное время при переменных нагрузках, нужна другая программа и создать ее — одна из задач данного проекта. Мы планируем разработать программу, используя которую, конструкторы смогут правильно спроектировать высоконагруженную деталь автомобиля, самолета или ракеты, а технологи — обеспечить необходимую структуру материала».

Сапожников отметил, что рассчитывать, какую долговечность будет иметь определенный участок конструкции при заданных условиях эксплуатации, ученые будут с помощью математического моделирования, которое позволит управлять долговечностью композита, изменяя структуру изделия в конкретном месте или меняя направление нагрузки.

Исследователи считают, что использование данного подхода существенно сократит время отладки конструкций, снизит расходы на проектирование ответственных изделий, а также повысит их надежность.

Разработка челябинских ученых может быть использована при проектировании изделий ПАО «Объединенная авиастроительная корпорация» («ОАК»), предприятиями госкорпораций «Роскосмос» и «Росатом».