Ученые Московского авиационного института изучили, как схема укладки и тип армирующих наполнителей влияют на устойчивость полимерных композитов к трещинам. В ходе работы впервые исследованы зависимости скорости роста и характера развития расслоения материала от типа и укладки наполнителя. Результаты помогут прогнозировать поведение композитов при эксплуатационных нагрузках и повысят безопасность авиационных конструкций.
Композиционные материалы в самолетостроении применяются для изготовления панелей крыла, лонжеронов, обшивки фюзеляжа и других деталей. В процессе эксплуатации они могут подвергаться ударным нагрузкам, что приводит к возникновению трещин между слоями. Характер роста таких дефектов напрямую зависит от свойств материала и схемы армирования — расположения лент или тканей из углеродных и стеклянных волокон.
В рамках проекта испытаны различные конфигурации ленточных и тканых наполнителей при одинаковом связующем, а также их укладки параллельно (под углом 0°) и под углом 45° (крест-накрест) к основному направлению. Цель — определить, какие схемы армирования позволяют надежнее прогнозировать поведение деталей в процессе эксплуатации.
«Результаты показали, что укладки крест-накрест могут быть неприменимы в некоторых случаях из-за эффекта мостикования, когда при раскрытии трещины отдельные волокна остаются „перекинутыми“ между двумя половинками образца и не дают трещине разрастаться. Это создает дополнительное сопротивление и искусственно завышает показатели прочности. Для более надежного прогнозирования лучше использовать укладку под углом 0°. Также использование стекловолокна оказалось на 25% эффективнее, чем углепластика. Полученные данные подтвердили уже существующие математические модели», — рассказал аспирант МАИ Николай Кононов.
Методология позволяет не только анализировать поведение уже созданных материалов, но и прогнозировать характеристики новых композитов. Она может применяться авиастроительными компаниями и КБ при проектировании и сертификации конструкций из композиционных материалов.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
