Оценка межслоевой прочности алюмостеклопластика по результатам испытаний образцов на трехточечный изгиб

Металлургия и материаловедение

Материаловедение

2019. Т. 26. № 2. С. 229-238.

Авторы

Антипов В. В.1*, Прокудин О. А.2**, Лурье С. А.3***, Серебренникова Н. Ю.1****, Соляев Ю. О.4*****

1. Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, Государственный научный центр Российской Федерации, ВИАМ, ул. Радио, 17, Москва, 105005, Россия
2. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
3. Институт прикладной механики РАН, ИПРИМ РАН, Ленинский проспект, 32а, Москва, В-334, ГСП-1, 119991, Россия
4. Институт прикладной механики Российской академии наук, Ленинградский проспект, 7, Москва, 125040, Россия

*e-mail: antipovvv@viam.ru
**e-mail: Prokudin_7713@mail.ru
***e-mail: salurie@mail.ru
****e-mail: serebrennikova-viam@mail.ru
*****e-mail: yos@iam.ras.ru

Аннотация

Представлены результаты определения межслоевой прочности металлополимерного композиционного материала СИАЛа, образованного слоями алюминиевого сплава и однонаправленного стеклопластика. Исследованы образцы, состоящие из 17 слоев, для которых определена кажущаяся межслоевая прочность по результатам испытаний на трехточечный изгиб. Установлено, что для исследованных образцов реализуется механизмы межслоевого сдвига при соотношении размеров длины к толщине менее 10. Локализация разрушения происходит в зоне центрального слоя, что соответствует требованиям стандартов на проведение испытаний по методу короткой балки. Однако такие испытания СИАЛов всегда сопровождаются возникновением значительных пластических деформаций, связанных с присутствием алюминиевых слоев в структуре материала. При удлинении образцов более 10 в них реализуется механизм разрушения, при котором происходят отслоение и потеря устойчивости внешних слоев на сжатой стороне образца. На основе предложенной аппроксимации экспериментальных данных получена оценка для фактической межслоевой прочности материала, которая составила ~60 МПа.

Ключевые слова:

алюмостеклопластик, трехточечный изгиб, короткая балка, межслоевая прочность

Библиографический список

  1. Антипов В.В., Добрянский В.Н., Короленко В.А., Лурье С.А., Серебренникова Н.Ю., Соляев Ю.О. Оценка эффективных механических характеристик слоистого алюмостеклопластика в условиях одноосного растяжения // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 221-229.

  2. Каблов Е.Н., Антипов В.В., Клочкова Ю.Ю. Алюминий-литиевые сплавы нового поколения и слоистые алюмостеклопластики на их основе // Цветные металлы. 2016. № 8(884). С. 86-91. DOI: 10.17580/tsm.2016.08.13

  3. Подживотов Н.Ю., Каблов Е.Н., Антипов В.В., Ерасов В.С., Серебренникова Н.Ю., Абдуллин М.Р., Лимонин М.В. Слоистые металлополимерные материалы в элементах конструкции воздушных судов // Перспективные материалы. 2016. № 10. С. 5-19.

  4. Серебренникова Н.Ю., Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Ерасов В.С., Каширин В.В. Гибридные слоистые материалы на базе алюминий-литиевых сплавов применительно к панелям крыла самолета // Авиа­ционные материалы и технологии. 2016. № 3(42). С. 3-8. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-3-3-8

  5. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 5. С. 7-17.

  6. ГОСТ Р 57745-2017 Композиты полимерные. Определение предела прочности при межслойном сдвиге ламинатов методом короткой балки. – М.: Стандартинформ, 2017. –14 с.

  7. ASTM D2344 – Short-beam strength testing of polymer matrix composite materials (interlaminar shear), http://www.trl.com/astm_d2344_short_beam_strength_testing_of_polymer_matrix_composite_materials_ interlaminar_shear/

  8. Vasiliev V.V., Morozov E.V. Advanced Mechanics of Composite Materials and Structures. – 4th Edition. – Elsevier, 2018. – 864 p.

  9. Jones R.M. Mechanics of composite materials. – CRC press, 2014. – 538 p.

  10. Kachanov L. Delamination buckling of composite materials. – Springer Science & Business Media, 2012. 106 p.

  11. Remmers J.J. C, De Borst R. Delamination buckling of fibre—metal laminates // Composites Science and Technology. 2001. Vol. 61. No. 15, pp. 2207-2213. DOI: 10.1016/S0266-3538(01)00114-2

  12. Lin Y, Liu C, Li H, Jin K, Tao J. Interlaminar failure behavior of GLARE laminates under double beam five- point-bending load // Composite Structures. 2018. Vol. 201, pp. 79–85. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.06.037

  13. Hinz S, Heidemann J., Schulte K. Damage evaluation of GLARE®4B under interlaminar shear loading at different temperature conditions // Advanced Composites Letters. 2005. Vol. 14. No. 2, pp. 47–55.

  14. Lin Y, Huang Y, Huang T., Liao B, Zhang D, Li C. Characterization of progressive damage behaviour and failure mechanisms of carbon fibre reinforced aluminium laminates under three-point bending // Thin-Walled Structures. 2019. Vol. 135, pp. 494–506. DOI: 10.1016/j.tws.2018.12.002

  15. Hinz S, Omoori T., Hojo M., Schulte K. Damage characterisation of fibre metal laminates under interlaminar shear load / / Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2009. Vol. 40. No. 6–7, pp. 925–931. DOI: 10.1016/j.compositesa.2009.04.020

  16. Li H, Xu Y, Hua X., Liu C, Tao J. Bending failure mechanism and flexural properties of GLARE laminates with different stacking sequences // Composite Structures. 2018. Vol. 187, pp. 354–363. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.12.068

  17. Jakubczak P., Bienias J., Surowska B. Interlaminar shear strength of fibre metal laminates after thermal cycles // Composite Structures. 2018. Vol. 206, pp. 876–887. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.09.001

  18. Xie M., Adams D.F. Study of three–and four-point shear testing of unidirectional composite materials // Composites. 1995. Vol. 26. No. 9, pp. 653–659. DOI: 10.1016/0010-4361(95)98914-7

  19. Abali F., Pora A., Shivakumar K. Modified short beam shear test for measurement of interlaminar shear strength of composites // Journal of Composite Materials. 2003. DOI: 10.1177/0021998303037005053

  20. Wisnom M.R. The effect of specimen size on the bending strength of unidirectional carbon fibre-epoxy // Composite Structures. 1991. Vol. 18. No. 1, pp. 47– 63. DOI: 10.1016/0263-8223(91)90013-0

  21. Li M., Matsuyama R., Sakai M. Interlaminar shear strength of C/C-composites: the dependence on test methods // Carbon. 1999. Vol. 37. No. 11, pp. 1749–1757. DOI: 10.1016/S0008-6223(99)00049-4

  22. Полилов A.H., Татусь H.A. Энергетические критерии расслоения полимерных волокнистых композитов (ПКМ) // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2012. №3. С. 176-203.

  23. Тимошенко С. Сопротивление материалов. – М.: Рипол Классик, 2013. – 363 с.

  24. Lurie S, Solyaev Y. Revisiting bending theories of elastic gradient beams // International Journal of Engineering Science. 2018. Vol. 126, pp. 1-21. DOI: 10.1016/j.ijengsci.2018.01.002

  25. Лурье CA., Ломакин E.B., Рабинский Л.Н., Соляев Ю. О. Полуобратное решение задачи чистого изгиба балки в градиентной теории упругости: отсутствие масштабных эффектов // Доклады Академии наук. 2018. Т. 479. № 4. С. 390-394. DOI: 10.7868/ S0869565218100079



Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024