Версия для слабовидящих
38. Усталость композитов на основе суперконструкционных полимеров. Дизайн, испытания, контроль
07.03.2024
38. Усталость композитов на основе суперконструкционных полимеров. Дизайн, испытания, контроль
Информация о докладе
Усталость композитов на основе суперконструкционных полимеров.
Дизайн, испытания, контроль.
Панин С.В., Богданов А.А.
Лаб. механики полимерных композиционных материалов,
Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск
Отделение материаловедения, Инженерная школа новых производственных технологий, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Томск
https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=7003422815
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. https://doi.org/10.3390/ma15134656.
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. https://doi.org/10.3390/s22166034.
3. Panin, S.V., Bogdanov, A.A., Lyubutin, P.S., Eremin, A.V., Buslovich, D.G., Byakov, A.V., Shil'ko, I.S. Optical strain measurement technique for estimating degradation of the properties of carbon fiber reinforced polymer composites under cyclic loading. Industrial Laboratory. Materials Diagnostics. 89 (1), 2023, pp. 46-55. 10.26896/1028-6861-2023-89-l-46-55.
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. https://doi.org/10.3390/ma16052115.
6. S.V. Panin, A. A. Bogdanov, A. V. Eremin, D. G. Buslovich, and M. V. Burkov. Creep Behavior of Particulate Polyimide and Polyetherimide Based Composites under Fatigue. Russian Physics Journal, Vol. 66, No. 3, July, 2023. 372-377. DOI 10.1007/s11182-023-02949-6.
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. https://doi.org/10.3221/IGF-ESIS.66.09.
8. A.A. Bogdanov, M.G. Ostapenko, S.V. Panin, A.V. Eremin, and P.S. Lyubutin. DIC and X-Ray Diffraction Analysis of Cyclic Creep in Semi-Crystalline PEEK under Block Loading. Russian Physics Journal, Vol. 66, No. 3, July, 2023. PP.355-362. DOI 10.1007/s11182-023-02947-8.
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.
10. С.В. Панин, А.А. Богданов, В.О. Алексенко, П.С. Любутин, Тянь Дэфан. Анализ деградации свойств при усталости слоистого композита ПЭИ-УВ-ПЭИ с использованием корреляции цифровых изображений. Физическая мезомеханика, 2024, №6 (принята к печати).
11. Alexey 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 (under review).
Докладчики