Виявлення впливу кутів намотування на міцнісні властивості пластикових труб, армованих вуглецевим волокном
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.320496Ключові слова:
вуглепластикові труби, епоксидна смола, міцність волокна, ударна в’язкість, розподіл напружень, кути намотування, волокно, матрицяАнотація
У цій статті досліджено армовані вуглецевим волокном пластикові труби, які широко використовуються в більшості технічних галузей промисловості, включаючи аерокосмічну промисловість, з одним і комбінованим кутом намотування (30°, 45°, 60° і 80°), виготовлених методом мокрого намотування на машині X-Winder. Основною проблемою, яка розглядається в цьому дослідженні, є визначення оптимальних кутів намотування пластикових труб, армованих вуглецевим волокном, при яких параметри міцності залишаються у відносній рівновазі. Були проведені випробування на міцність на стиск, міцність на розтяг і ударну міцність.
Результати зразків з одним кутом намотування показали, що максимальна міцність на розрив 630 МПа була досягнута при куті намотування ±30°, а максимальна міцність на стиск 380 МПа була досягнута під кутом ±80°. Максимальне значення ударної міцності було досягнуто при куті намотування ±60°. Для отримання балансу характеристик міцності трубчастих стрижнів досліджувалась комбінована армована намотка з кутами ±30°/45°, ±30°/60°, ±30°/80°, ±80°/45° та 80°/60° Високі значення міцності на стиск 434 МПа, міцності на розтяг 675 МПа та ударної міцності 165 кДж/м2 були досягнуті при комбінованому куті намотування ±30°/80°. Волокна матеріалу, які були орієнтовані ближче до напрямку стиснення, призводили до зниження ефективності передачі зусиль стиску між волокнами та зниження міцності на стиск. Цей рівномірний розподіл напруги дозволив рівномірно розподілити навантаження між волокнами, що ефективно використовувало їх міцнісні властивості. Таким чином, результати підтвердили важливість вибору оптимальних кутів намотування для створення пластикових труб, армованих вуглецевим волокном, з необхідними міцнісними властивостями
Посилання
- Ruggiero, E. J., Inman, D. J. (2006). Gossamer Spacecraft: Recent Trends in Design, Analysis, Experimentation, and Control. Journal of Spacecraft and Rockets, 43 (1), 10–24. https://doi.org/10.2514/1.8232
- Haq, S. A. (1994). Filament winding machine control using B-spline interpolation. University of Nottingham. https://eprints.nottingham.ac.uk/14216/
- Reda, R., Khamis, M., Ragab, A. E., Elsayed, A., Negm, A. M. (2024). Numerical analysis of the impact of winding angles on the mechanical performance of filament wound type 4 composite pressure vessels for compressed hydrogen gas storage. Heliyon, 10 (13), e33796. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e33796
- Kovalenko, V. A., Malkov, I. V., Syrovoj, G. V., Sohach, Yu. V. (2011). Issledovanie termorazmerostabil'nosti fermennyh konstrukciy kosmicheskih apparatov. Voprosy proektirovaniya i proizvodstva konstrukciy letatel'nyh apparatov, 2, 20–34.
- Meiirbekov, M. N., Ismailov, M. B., Kenzhegulov, A. K., Mustafa, L. M., Tashmukhanbetova, I. B. (2024). Study of the effect of combined reinforcement and modification of epoxy resin with rubbers on the impact strength of carbon fiber-reinforced plastic. Eurasian Journal of Physics and Functional Materials, 8 (1), 23–32. https://doi.org/10.32523/ejpfm.2024080103
- Babazadeh, J., Rahmani, K., Hashemi, S. J., Sadooghi, A. (2021). Effect of glass, carbon, and kevlar fibers on mechanical properties for polymeric composite tubes produced by a unidirectional winding method. Materials Research Express, 8 (4), 045301. https://doi.org/10.1088/2053-1591/abf0ba
- Baldieri, F., Martelli, E., Riccio, A. (2023). A Numerical Study on Carbon-Fiber-Reinforced Composite Cylindrical Skirts for Solid Propeller Rockets. Polymers, 15 (4), 908. https://doi.org/10.3390/polym15040908
- Hu, J., Chen, W., Peng, F., Li, Y., Yang, D., Fang, G. (2019). Composite Carbon–Epoxy Tubes for Space Structures: Ground Vacuum Radiant Experiments and Structural Behavior Analysis. Journal of Aerospace Engineering, 32 (6). https://doi.org/10.1061/(asce)as.1943-5525.0000930
- Vshivkov, S. A., Tyukova, I. S., Rusinova, E. V. (2022). Polimernye kompozicionnye materialy. Ekaterinburg: Ural'skiy federal'niy universitet im. Pervogo prezidenta Rossii B.N. El'cina (UrFU), 230.
- Malkov, I. V. (2001). Nauchnye osnovy formoobrazovaniya tekhnologiy formirovaniya namotkoy ugleplasticheskikh elementov karkasnykh konstruktsiy kosmicheskikh apparatov. Lugansk, 453.
- Fitriah, S. N., Abdul Majid, M. S., Daud, R., Afendi, M. (2014). The Effects of Winding Angles and Elevated Temperatures on the Crushing Behaviour of Glass Fibre/Epoxy Composite Pipes. Applied Mechanics and Materials, 695, 639–642. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.695.639
- Korinek, Z., Chromy, J., Giang, L. H., Jenikova, Z. (2004). Effect of winding angle on impact properties of thin walled tubes. Journal of Materials Science, 39 (11), 3763–3765. https://doi.org/10.1023/b:jmsc.0000030732.56224.49
- Quanjin, M., Rejab, M., Idris, M., Hassan, S. A., Kumar, N. M. (2019). Effect of winding angle on the quasi-static crushing behaviour of thin-walled carbon fibre-reinforced polymer tubes. Polymers and Polymer Composites, 28 (7), 462–472. https://doi.org/10.1177/0967391119887571
- Azeem, M., Ya, H. H., Azad Alam, M., Kumar, M., Sajid, Z., Gohery, S. et al. (2024). Influence of winding angles on hoop stress in composite pressure vessels: Finite element analysis. Results in Engineering, 21, 101667. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101667
- Majid, M. S. A., Afendi, M., Daud, R., Gibson, A. G., Hekman, M. (2013). Effects of Winding Angles in Biaxial Ultimate Elastic Wall Stress (UEWS) Tests of Glass Gibre Reinforced Epoxy (GRE) Composite Pipes. Advanced Materials Research, 795, 424–428. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.795.424
- Mahdi, E., Hamouda, A. M. S., Sebaey, T. A. (2014). The effect of fiber orientation on the energy absorption capability of axially crushed composite tubes. Materials & Design (1980-2015), 56, 923–928. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.12.009
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Mohammed Meiirbekov, Abussaid Yermekov, Marat Nurguzhin, Arman Kulbekov
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.
