Применение акустических методов для выявления и характеризации предвестников тотального разрушения углепластика при экспериментальном исследовании прочности

DOI: 10.34759/vst-2020-4-92-104

Авторы

Рыжова Т. Б.^1*, Петронюк Ю. С.^2**, Мороков Е. С.^2***, Гулевский И. В.^1****, Левин В. М.^2*****, Шаныгин А. Н.^1******

1. Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия
2. Институт биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН (ИБХФ РАН), ул. Косыгина, 4, Москва, 117997, Россия

*e-mail: tatyana.ryzhova@tsagi.ru, istctbr@mail.ru
**e-mail: jps7@mail.ru
***e-mail: es_morokov@yahoo.com
****e-mail: gulevsky@tsagi.ru
*****e-mail: levin1943@gmail.ru
******e-mail: alexander.shanygin@tsagi.ru

Аннотация

Представлены результаты экспериментального исследования процесса разрушения толстого слоистого углепластика с укладкой [0°/90°]_4S при одноосном растяжении и трехточечном изгибе. Выявлены и описаны типы повреждений внутренней структуры углепластика, являющиеся предвестниками тотального разрушения. Оценена длительность процессов накопления повреждений до полного разрушения ламината при растяжении и изгибе. Повышение информативности прочностных исследований достигнуто с помощью применения комбинации акустических методов – акустической эмиссии и акустической микроскопии.

Ключевые слова:

слоистый углепластик, растяжение, трехточечный изгиб, накопление повреждений, предвестники разрушения, акустические методы

Библиографический список

1. Mortell D.J., Tanner D.A., McCarthy C.T. An experimental investigation into multi-scale damage progression in laminated composites in bending // Composite structures. 2016. Vol. 149, pp. 33-40. DOI: 10.1016/j.compstruct.2016.03.054

2. Yang T., He M., Niu X., Du Y. Experimental investigation of the three-point bending fatigue properties of carbon fiber composite laminates // Advances in Material Science. 2016. Vol. 1. No. 1, pp. 1-6. DOI: 10.18686/ams.v1i1.1

3. Nairn J.A., Hu S. The Initiation and Growth of Delamination Induced by Matrix Microcracks in Laminated Composites // International Journal of Fracture. 1992. No. 57, pp. 1-24. DOI: 10.1007/BF00013005

4. Tabiei A., Zhang W. Composite Laminate Delamination Simulation and Experiment: A Review of Recent Development // Applied Mechanics Reviews. 2018. Vol. 70. No. 3, p. 030801 (23 pages). AMR-17-1053. DOI: 10.1115/1.4040448

5. Hosoi A., Yagi S., Nagata K., Kawada H. Interaction between transverse cracks and edge delamination considering free-edge effects in composite laminates // 16th International Conference on Composite Materials ICCM-16 (8–13 July 2007; Kyoto, Japan). URL: https://www.iccm-central.org/Proceedings/ICCM16proceedings/contents/pdf/WedI/WeIA1-04ge_hosoia222837p.pdf

6. Reis P.N.B., Ferreira J.A.M., Antunes F.V., Richardson M.O.W. Effect of Interlayer Delamination on Mechanical Behavior of Carbon/Epoxy Laminates // Journal of Composite Materials. 2009. Vol. 43. No. 22, pp. 2609-2621. DOI: 10.1177/0021998309344649

7. Jollivet T., Walaszek H., Terrien N. Damage and harmfulness of defects // JEC Composites Magazine. 2013. Vol. 50. No. 81, pp. 70-76.

8. Groot P.J., Wijnen P.A.M., Janssen R.B.F. Real-time Frequency Determination of Acoustic Emission for Different Fracture Mechanisms in Carbon/Epoxy Composites // Composite Science and Technology. 1995. Vol. 55. No. 4, pp. 405-412. DOI: 10.1016/0266-3538(95)00121-2

9. Su-Ping Ai, Chang-Hang Xu, Guo-Ming Chen, Guo-Rui Li. Acoustic Emission Monitoring of Degradation in Plain Weave CFRP Laminate // AASRI International Conference on Industrial Electronics and Applications (27–28 June 2015; London, UK). Vol. 2, pp. 63-67. DOI: 10.2991/iea-15.2015.17

10. Силаев М.Ю., Еськова Е.А., Герус Д.С., Ремшев Е.Ю. Применение метода акустической эмиссии при определении механических характеристик проволоки БрНХК-2,5-0,6-0,7 при производстве упругих элементов // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 182-192.

11. Moreno M.C.S., Gutierrez A.R., Vicente J.L.M. Different response under tension and compression of unidirectional carbon fibre laminates in a three-point bending test // Composite Structures. 2016. Vol. 136, pp. 706-711. DOI: 10.1016/j.compstruct.2015.06.017

12. Garcea S.C., Wang Y., Withers P.J. X-ray computed tomography of polymer composites // Composites Science and Technology. 2018. Vol. 156, pp. 305-319. DOI: 10.1016/j.compscitech.2017.10.023

13. ГОСТ 32656-2017 (ISO 527-4:1997, ISO 527-5:2009). Межгосударственный стандарт. Композиты полимерные. Методы испытаний. Испытания на растяжение. – М.: Стандартинформ, 2017. – 23 c.

14. ГОСТ 25.601-80. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания плоских образцов на растяжение при нормальной, повышенной и пониженной температурах. – М.: Стандартинформ, 2005. – 15 c.

15. ГОСТ Р 56810-2015. Композиты полимерные. Метод испытания на изгиб плоских образцов. – М.: Стандартинформ, 2016. – 19 c.

16. Summerscales J. (ed.) Non-Destructive Testing of Fibre-Reinforced Plastics Composites. – Springer Netherlands, 1990. Vol. 1. Chapter 2. Arrington M. «Acoustic emission». – 493 p.

17. ГОСТ Р ИСО 12716-2009 Национальный стандарт Российской Федерации. Контроль неразрушающий. Акустическая эмиссия: Словарь. – М.: Стандартинформ, 2019. – 15 c.

18. ASTM E 1316-02 Standard Terminology for Non-destructive Examinations. – ASTM International, West Conshohocken, PA, 2002. DOI: 10.1520/E1316-02

19. Briggs A., Kolosov O. Acoustic Microscopy. – Second Edition. – Oxford University Press, 2010. – 356 p.

20. Закутайлов К.В., Левин В.М., Петронюк Ю.С. Ультразвуковые методы высокого разрешения: визуализация микроструктуры и диагностика упругих свойств современных материалов (обзор) // Заводская лаборатория. 2009. № 8(75). С. 28-34.

21. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. – В 2 т. – М.: Наука, 1965. – 368 с.