Визначення впливу відхилень товщини композитного матеріалу на фізико-механічні характеристики при локальному порушенні його суцільності

Автор(и)

  • Andrii Kondratiev Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070, Україна https://orcid.org/0000-0002-8101-1961
  • Vitaliy Gaidachuk Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070, Україна https://orcid.org/0000-0001-7202-5109
  • Tetyana Nabokina Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070, Україна
  • Viktor Kovalenko Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174025

Ключові слова:

композит, формоутворення, відхилення товщини, порушення цілісності, поля допусків, фізико-механічні характеристики

Анотація

У період технологічної підготовки і початкових стадій освоєння в серійному виробництві композитних виробів має місце досить велика кількість і різноманітність технологічних дефектів. Рівень цих дефектів часто перевищує допустимий за вимогами конструкторської документації і, отже, призводить до браку виробів. Найбільш характерним технологічним дефектом для композитних конструкцій, армованих безперервними волокнами або тканинними матеріалами, є відхилення товщини формованого композиту від її проектного значення. Іншим видом характерних дефектів є локальні порушення цілісності в дискретних об’ємах полімерних композиційних матеріалів у вигляді порожнин, що виникають при формуванні його паковки в технологічному формотворному оснащенні. Проведено аналіз і обґрунтування полів допусків на ці типи технологічних дефектів. Встановлено допуски на відхилення товщини виробу, що формується, від проектного значення. Показано, що вхідний контроль визначає реалізоване в препрезі відхилення товщини від номіналу для одношарового напівфабрикату. Відхилення в товщині паковки від номіналу включає складові, які виникають при її формуванні. Ці складові пов’язані з інтегральними відхиленнями технологічного режиму формування (тиск, температура та їх зміна в часі) від регламентованого відповідною документацією. Отримано аналітичні залежності щодо обґрунтованого призначення полів допусків для фізико-механічних характеристик полімерного композиційного матеріалу, що має відхилення в товщині, при наявності в ньому локальних порушень суцільності у вигляді порожнеч. На відміну від існуючих моделей отримані залежності дозволили оцінити якість технологічних процесів формування напівфабрикатів і виробів з полімерних композиційних матеріалів за рівнем дефектів розглянутого класу. Проведено аналіз впливу дефектів даного класу на фізико-механічні характеристики полімерного композиційного матеріалу. Показано, що при використанні для виготовлення виробу армуючого матеріалу з паспортними полем допуску значення об'ємного вмісту волокон завжди знаходиться в його інтервалі. У той же час відхилення об'ємного вмісту зв’язуючого може виходити за межі свого паспортного поля допуску

Біографії авторів

Andrii Kondratiev, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070

Доктор технічних наук, доцент, завідувач кафедри

Кафедра конструкцій і проектування ракетної техніки

Vitaliy Gaidachuk, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070

Доктор технічних наук, професор

Кафедра конструкцій і проектування ракетної техніки

Tetyana Nabokina, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра конструкцій і проектування ракетної техніки

Viktor Kovalenko, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут» вул. Чкалова, 17, м. Харків, Україна, 61070

Доктор технічних наук, науковий співробітник

Кафедра конструкцій і проектування ракетної техніки

Посилання

  1. Slyvyns’kyy, V., Gajdachuk, V., Kirichenko, V., Kondratiev, A. (2011). Basic parameters’ optimization concept for composite nose fairings of launchers. 62nd International Astronautical Congress, IAC 2011. Red Hook, NY: Curran, 9, 5701–5710.
  2. Joffre, T., Miettinen, A., Wernersson, E. L. G., Isaksson, P., Gamstedt, E. K. (2014). Effects of defects on the tensile strength of short-fibre composite materials. Mechanics of Materials, 75, 125–134. doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2014.04.003
  3. Slyvynskyi, V. I., Sanin, А. F., Kharchenko, М. Е., Kondratyev, А. V. (2014). Thermally and dimensionally stable structures of carbon-carbon laminated composites for space applications. 65nd International Astronautical Congress, IAC 2014. Toronto, Canada, 8, 5739–5751.
  4. MIL-HDBK-17-3F. Composite materials Handbook (2002). Vol. 3. Polymer Matrix Composites Materials Usage, Design, and Analysis. Department of Defense Handbook.
  5. Kondratiev, A., Prontsevych, O. (2018). Stabilization of physical-mechanical characteristics of honeycomb filler based on the adjustment of technological techniques for its fabrication. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (95)), 71–77. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.143674
  6. Fomin, O. V., Lovska, A. O., Plakhtii, O. A., Nerubatskyi, V. P. (2017). The influence of implementation of circular pipes in load-bearing structures of bodies of freight cars on their physico-mechanical properties. Scientific Bulletin of National Mining University, 6, 89–96.
  7. Barabash, A. V., Gavril’chenko, E. Y., Gribkov, E. P., Markov, O. E. (2014). Straightening of sheet with correction of waviness. Steel in Translation, 44 (12), 916–920. doi: https://doi.org/10.3103/s096709121412002x
  8. Fomin, O., Kulbovsky, I., Sorochinska, E., Sapronova, S., Bambura, O. (2017). Experimental confirmation of the theory of implementation of the coupled design of center girder of the hopper wagons for iron ore pellets. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (89)), 11–18. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.109588
  9. Gaydachuk, A. V., Gaydachuk, V. E., Kondrat'ev, A. V., Kovalenko, V. A., Kirichenko, V. V., Potapov, A. M. (2015). Metodologiya razrabotki effektivnyh konstruktivno-tekhnologicheskih resheniy kompozitnyh agregatov raketn o-kosmicheskoy tekhniki. Vol. 1. Sozdanie agregatov raketno-kosmicheskoy tekhniki reglamentirovannogo kachestva iz polimernyh kompozitsionnyh materialov. Kharkiv: Nats. aerokosm. un-t im. N. E. Zhukovskogo «Khar'k. aviats. in-t», 263.
  10. Talreja, R. (2013). Studies on the failure analysis of composite materials with manufacturing defects. Mechanics of Composite Materials, 49 (1), 35–44. doi: https://doi.org/10.1007/s11029-013-9318-6
  11. Campbell, F. C. (2010). Structural Composite Materials. ASM International, 611.
  12. Berryman, J. G. (1994). Role of Porosity in Estimates of Composite Elastic Constants. Journal of Energy Resources Technology, 116 (2), 87–96. doi: https://doi.org/10.1115/1.2906023
  13. Huang, H., Talreja, R. (2005). Effects of void geometry on elastic properties of unidirectional fiber reinforced composites. Composites Science and Technology, 65 (13), 1964–1981. doi: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2005.02.019
  14. Ricotta, M., Quaresimin, M., Talreja, R. (2008). Mode I Strain Energy Release Rate in composite laminates in the presence of voids. Composites Science and Technology, 68 (13), 2616–2623. doi: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2008.04.028
  15. Chen, H.-P. (1991). Shear deformation theory for compressive delamination buckling and growth. AIAA Journal, 29 (5), 813–819. doi: https://doi.org/10.2514/3.10661
  16. Yin, W.-L., Sallam, S. N., Simtses, G. J. (1986). Ultimate axial load capacity of a delaminated beam-plate. AIAA Journal, 24 (1), 123–128. doi: https://doi.org/10.2514/3.9231
  17. Kim, H.-J. (1997). Postbuckling analysis of composite laminates with a delamination. Computers & Structures, 62 (6), 975–983. doi: https://doi.org/10.1016/s0045-7949(96)00290-8
  18. Muthurajan, K. G., Sankaranarayanasamy, K., Tiwari, S. B., Rao Nageswara, B. (2006). Post-buckling of a Thin Film Strip Delamination in a Composite Laminate. Trends in Applied Sciences Research, 1 (1), 48–60. doi: https://doi.org/10.3923/tasr.2006.48.60
  19. Kim, J.-S., Cho, M. (2003). Efficient Higher-Order Shell Theory for Laminated Composites with Multiple Delaminations. AIAA Journal, 41 (5), 941–950. doi: https://doi.org/10.2514/2.2031
  20. Bohoeva, L. A. (2007). Osobennosti rascheta na prochnost' elementov konstruktsiy iz izotropnyh i kompozitsionnyh materialov s dopustimymi defektami. Ulan-Ude: Izd-vo VSGTU, 192.
  21. Nemat-Nasser, S., Hori, M. (1999). Micromechanics: Overall Properties of Heterogeneous Materials. Elsevier.
  22. Gaidachuk, V. E., Kondratiev, A. V., Chesnokov, A. V. (2017). Changes in the Thermal and Dimensional Stability of the Structure of a Polymer Composite After Carbonization. Mechanics of Composite Materials, 52 (6), 799–806. doi: https://doi.org/10.1007/s11029-017-9631-6
  23. Vasiliev, V. V., Morozov, E. V. (2007). Advanced Mechanics of Composite Materials. Elsevier, 504. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-045372-9.x5000-3
  24. Vorobey, V. V., Markin, V. B. (2006). Kontrol' kachestva izgotovleniya i tekhnologiya remonta kompozitnyh konstruktsiy. Novosibirsk: Nauka, 400.
  25. Stumpff, P. L. (2001). Visual Analysis, Nondestructive Testing, and Destructive Testing. Composites, 958–963. doi: https://doi.org/10.31399/asm.hb.v21.a0003463
  26. Mihaylin, Yu. A. (2008). Konstruktsionnye polimernye kompozitsionnye materialy. Sankt-Peterburg: NOT, 822.
  27. Hu, N. (Ed.) (2012). Composites and Their Properties. doi: https://doi.org/10.5772/2816
  28. Harris, B. (1999). Engineering Composite Materials. London: The Institute of Materials, 317.
  29. Slyvynskyi, V. I., Аlyamovskyi, А. I., Kondratjev, А. V., Kharchenko, М. Е. (2012). Carbon honeycomb plastic as light-weight and durable structural material. 63th International Astronautical Congress, IAC 2012. Red Hook, NY: Curran, 8, 6519–6529.
  30. Kondratiev, A. V., Gaidachuk, V. E., Kharchenko, M. E. (2019). Relationships Between the Ultimate Strengths of Polymer Composites in Static Bending, Compression, and Tension. Mechanics of Composite Materials, 55 (2), 259–266. doi: https://doi.org/10.1007/s11029-019-09808-x

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-07-23

Як цитувати

Kondratiev, A., Gaidachuk, V., Nabokina, T., & Kovalenko, V. (2019). Визначення впливу відхилень товщини композитного матеріалу на фізико-механічні характеристики при локальному порушенні його суцільності. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(1 (100), 6–13. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174025

Номер

Том 4 № 1 (100) (2019): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Andrii Kondratiev, Vitaliy Gaidachuk, Tetyana Nabokina, Viktor Kovalenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.