Exploring the possibility of undesirable manufacturing heritage reduction in parts made of composites and their joints

Ігор Михайлович Тараненко; Тетяна Анатоліївна Купріянова

doi:10.15587/2706-5448.2024.299227

Автор(и)

Ігор Михайлович Тараненко Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0001-9554-0162
Тетяна Анатоліївна Купріянова Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Україна https://orcid.org/0009-0002-4152-1104

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.299227

Ключові слова:

остаточні напруження, армувальний матеріал, синергетичний метод, композиційні матеріали, імпульсне навантаження, металеві закінцівки

Анотація

Об’єктом дослідження є можливість підвищення якості деталей із композитних матеріалів (КМ) шляхом дополімеризаційної обробки вологого пакету інтенсивним імпульсним навантаженням. Існуючі технології формоутворення деталей з КМ припускають ущільнення набраного просоченого пакету шарів арматури та їх наступну полімеризацію під дією тиску та температури. У результаті такої технології у пакеті композиту виникають остаткові термічні та усадкові напруження, які призводять до небажаних просторових деформацій профільних деталей, порушенню монолітності у зонах з’єднання композиту та металевих закінцівок.

На прикладі кутового композитного профілю з накладкою на одній з полиць дано розрахунок остаточних напружень та продемонстровано методику вибору раціональних кутів укладання армувального матеріалу з метою зниження величини остаточних термічних напружень, які виникають у композиті у процесі його полімеризації. Побудовано залежності параметра закручування довгомірного композитного профілю постійного перерізу вздовж його осі від модуля пружності та коефіцієнта лінійного температурного розширення. У роботі дано пояснення механізму виникнення подібної шкідливої технологічної спадковості. Оцінено значення остаточних деформацій.

На основі аналізу процесу просочення сухого армувального матеріалу сполучною речовиною сформульована задача збільшення максимальної площі контакту сполучного з волокнами та проаналізовано можливий метод її підвищення. Так, використовуючи модель капілярів між волокнами композиту, зроблено висновок про те, що необхідно прикладати додатковий тиск до сполучного для більш глибокого його просування між волокнами.

Використовуючи синергетичний метод поєднання знань з різних галузей промисловості та на основі експериментальних даних запропоновано процес дополімеризаційного навантаження просоченого пакету інтенсивним імпульсним навантаженням (ударними хвилями). Цій процес у значній мірі покращує якість деталей агрегатів, що виробляються.

Біографії авторів

Ігор Михайлович Тараненко, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра композитних конструкцій і авіаційного матеріалознавства

Тетяна Анатоліївна Купріянова, Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут»

Методист першої категорії

Центр міжнародних зв’язків та євроінтеграції

Посилання

Guz, A. N., Tomashevskii, V. T., Shulga, N. A., Iakovlev, V. S. (1982). Tekhnologicheskie napriazheniia i deformatcii v kompozitcionnykh materialakh. Kyiv: Vishcha shkola, 270.
Cappello, R., Pitarresi, G., Catalanotti, G. (2023). Thermoelastic Stress Analysis for composite laminates: A numerical investigation. Composites Science and Technology, 241, 110103. doi: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110103
Kučera, P., Kondratiev, A., Píštěk, V., Taranenko, I., Nabokina, T., Kaplan, Z. (2023). Thin-walled open-profile composite beams under thermo-mechanical loading. Composite Structures, 312, 116844. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.116844
Taranenko, I. M. (2003). Raschet deformirovannogo sostoianiia z-obraznogo kompozitnogo profilia. Voprosy proektirovaniia i proizvodstva konstruktcii letatelnykh apparatov, 33 (2), 67–73.
Belmas, I., Bilous, O., Tantsura, H. (2022). Determination of the stress-deformed state of a multilayer composite. Strength of Materials and Theory of Structures, 109, 426–440. doi: https://doi.org/10.32347/2410-2547.2022.109.426-440
Teixidó, H., Staal, J., Caglar, B., Michaud, V. (2022). Capillary Effects in Fiber Reinforced Polymer Composite Processing: A Review. Frontiers in Materials, 9. doi: https://doi.org/10.3389/fmats.2022.809226
Krivtcov, V. S., Gilmanov, E. S. (1998). Formovanie kompozitnykh konstruktcii impulsnym metodom. Sovershenstvovanie protcessov i oborudovaniia obrabotki davleniem v metallurgii i mashinostroenii. Kramatorsk, 268–272.
de Almeida, E., Hofland, B. (2020). Validation of pressure-impulse theory for standing wave impact loading on vertical hydraulic structures with short overhangs. Coastal Engineering, 159, 103702. doi: https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2020.103702
Gulyi, G. A. (1990). Nauchnye osnovy razriadnoimpulsnykh tekhnologii. Kyiv: Naukova dumka, 208.
Taranenko, M. E. (2011). Elektrogidravlicheskaia shtampovka: teoriia, oborudovanie, tekhprotcessy. Kharkiv: Natc. aerokosm. un-t im. N. E. Zhukovskogo «Khark. aviatc. in-t», 272.