7 марта 2024 г. состоялось 38-е заседание научного семинара "КОМПОЗИТЫ: технологии создания, исследование и оптимизация свойств, моделирование, применение".
Доклад "Усталость композитов на основе суперконструкционных полимеров.
Дизайн, испытания, контроль" сделали
С.В. Панин , А.А. Богданов, лаб. механики полимерных композиционных материалов,
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томский политехнический университет
https://www.scopus.com/authid/detail....
Аннотация
Полимерные композиционные материалы (ПКМ) широко используются в современной аэрокосмической, авиационной технике, судостроении, автомобилестроении, строительстве, медицине и т. д., при этом требования к их свойствам постоянно ужесточаются, а доступные на рынке составы далеко не всегда им соответствуют. Традиционно разработка ПКМ реализуется путем армирования волокнами, при этом для тяжелонагруженных условий эксплуатации (в том числе с позиции повышенных температур) используются суперконструкционные (High Performance Polymers) термопласты.
Сопротивление усталости является важным эксплуатационным параметром для конструкционного применения ПКМ, при этом данные об их усталостном поведении достаточно скудны. В дисперсно-наполненных ПКМ основное время наработки до разрушения занимает стадия накопления рассеянных повреждений, которые в силу малого размера трудно выявляются традиционными методами неразрушающего контроля. Разработка методов оценки усталостных повреждений и проектирования ПКМ с повышенным сопротивлением усталости является актуальной научно-технической проблемой. Проведение таких исследований требует создания новых аппаратных и программных средств, являющихся частью автоматизированных измерительных комплексов, способных оперативно выполнять обработку больших объемов информации, производить высокоточные измерения, качественно и наглядно представлять полученные результаты.
Установление взаимосвязи структуры композита и свойств компонентов на усталостные характеристики может эффективно использоваться при проектировании ПКМ с заданными свойствами. В докладе рассмотрены следующие задачи
1.Разработка автоматизированного программно-аппаратного комплекса для оценки деформационно-прочностных характеристик дисперно-наполненных ПКМ в процессе циклического нагружения на основании параметров петель механического гистерезиса. Тестирование комплекса на примере усталостных испытаний полимерных композитов;
2. Выявление влияния аспектного соотношения коротких углеродных волокон (УВ) на структуру, деформационное поведение, технологические и усталостные свойства композитов на основе матриц полиимида (ПИ) и полиэфиримида (ПЭИ);
3. Установление взаимосвязи содержания коротких УВ и амплитуды нагружения на усталостные свойства композитов ПЭИ/УВ с последующей разработкой физико-математической модели усталости, учитывающей долговечность, потерю жесткости и неупругую деформацию.
4. Аттестация усталостных свойств антифрикционного трехкомпонентного композита ПИ/ПТФЭ/УВ при различном уровне циклической нагрузки с использованием развитого подхода.
Исследования в рамках указанной постановки ориентированы на приложения к разработке композиционных материалов для машиностроения (подшипники, шестерни, зубчатые передачи) с повышенным сопротивлением усталостному разрушению.
Список публикация по теме
1. Panin, S.V.; Bogdanov, A.A.; Eremin, A.V.; Buslovich, D.G.; Alexenko, V.O. Estimating Low- and High-Cyclic Fatigue of Polyimide-CF-PTFE Composite through Variation of Mechanical Hysteresis Loops. Materials 2022, 15, 4656.
2. Bogdanov, A.A.; Panin, S.V.; Lyubutin, P.S.; Eremin, A.V.; Buslovich, D.G.; Byakov, A.V. An Automated Optical Strain Measurement System for Estimating Polymer Degradation under Fatigue Testing. Sensors 2022, 22, 6034.
4. Panin, S.V.; Bogdanov, A.A.; Eremin, A.V.; Buslovich, D.G.; Shilko, I.S. Effect of Polymer Matrix on Inelastic Strain Development in PI- and PEI-Based Composites Reinforced with Short Carbon Fibers under Low-Cyclic Fatigue. Polymers 2023, 15, 1228. https://doi.org/10.3390/polym15051228.
5. Alexenko, V.O.; Panin, S.V.; Stepanov, D.Y.; Byakov, A.V.; Bogdanov, A.A.; Buslovich, D.G.; Panin, K.S.; Tian, D. Ultrasonic Welding of PEEK Plates with CF Fabric Reinforcement—The Optimization of the Process by Neural Network Simulation. Materials 2023, 16, 2115.
7. Bogdanov, A., Eremin, A., Burkov, M., Panin, S., Lyubutin, P., Estimating degradation of strength of neat PEEK and PEEK-CF laminates under cyclic loading by mechanical hysteresis loops, Frattura ed Integrità Strutturale, 66 (2023) 152-163.
9. Bogdanov, A.A.; Panin, S.V.; Kosmachev, P.V. Fatigue Damage Assessment and Lifetime Prediction of Short Fiber Reinforced Polymer Composites—A Review. J. Compos. Sci. 2023, 7, 484. https://doi.org/10.3390/jcs7120484.
11. A. Bogdanov and Sergey V. Panin. Prediction of fatigue life of PEI/CF particulate composites at various maximum stresses in a cycle and filler contents. Polymers, 2024
Информация по комментариям в разработке