Над выпускной квалификационной работой магистра (магистерской диссертацией)

Студенту ___ Сапега Евгению Александровичу ________________________________

 

Руководитель ____ Салиенко Николай Викторович _____________________________

____________ к.т.н., доцент, доцент каф. ТКМ,КиМ ______________________

 

 

1. Наименование темы:_ Исследование влияния пористости на физико-механические свойства углепластика __________________________________________________________

 

2. Срок сдачи студентом законченной работы

Перечень подлежащих разработке разделов и этапы выполнения работы

№	Наименование разделов или этапа	Трудоемкость в % от полной трудоемкости работы	Срок выполне-ния	Примечание
	Литературный обзор по теме диссертации
	Выбор объектов и методов исследования
	Исследовательская часть. 1) Определение объемного содержания пор 2) Исследование влияния пор на свойства углепластика при растяжении и сжатии 3) Исследование влияния пор на свойства углепластика путем моделирования

4. Перечень иллюстративно-графических материалов:

№ п/п	Наименование	Количество листов
	Презентация

5. Исходные материалы и пособия: Андриевский Р. А. Наноматериалы: концепция и современные проблемы. // Рос. хим.ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И.Менделеева), 2002-т. XLVI- №5-, 50-56 с.; Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах – М.: Компьютер пресс, 2002.-224 с.; Баренблатт Г. И. Математическая теория равновесных трещин, образующихся при хрупком разрушении//Изв. АН СССР. ПМТФ. 1961. №4. 3—56 с.; Вольмир А.С., Григорьевич Ю.П., Марьин В.А., Станкевич А.И. Сопративление материалов. Лабораторный практикум: Учеб. Пособие для вузов. – 2-е изд., испр. – М.: Дрофа, 2004. – 352 с.; Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость: пер с англ. 2-е изд. – М.: Мир, 1984. – 306 с.; Гуняев Г. М. Структура и свойства полимерных волокнистых композитов. – М.: Химия, 1981.-232 с.; Душин М. И., Донецкий К. И., Караваев Р. Ю. Установление причин образования пористости при изготовлении ПКМ// dx.doi.org/ 10.18577/2307-6046-2016-0-6-8-8; D.P.N. Vlasveld. Fibre reinforced polymer nanocomposites.- Delfi University of Technology 199c.; Классификация методов контроля пористости материалов / А.В. Медведева, Д.М. Мордасов, М.М. Мордасов // Вестник ТГТУ. – 2012. – Том 18. – №3. –749 – 754 с.; Лыков А.В. Теория сушки. – М.: Энергия, 1968. 472 с.; Мурашов В.В., Румянцев А.Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов и методы их выявления. Часть I. Дефекты монолитных деталей и мноногослойных конструкций из полимерных композиционных материалов // Контроль. Диагностика. 2007. № 4. 23 - 31 с.; Семенова Г.П., Павлов В.В., Механика полимеров. – М, 1970, 4, 585—593 с.; Черемский П.Г. Методы исследования пористости твёрдых тел. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 112 с.; Черемской П.Г., Слезов В.В., Бетехтин В.И. Поры в твёрдом теле. – М.: Энергоатомиздат, 1990.-376 с.; Фудзи Т., Дзако М. Механика разрушения композиционных материалов / Пер. с яп. яз. С.А. Маслиникова / Под ред. В.И. Бурлаева – М.: Мир, 1982. – 232 с.;

 

6. Дата составления плана

 

Руководитель_______________________________________________

(подпись)

 

Студент____________________________________________________

(подпись)

Содержание

Введение. 5

1. Исследование влияния пористости на физико-механические свойства углепластика в физическом эксперименте. 7

1.1. Литературный обзор. 7

1.1.1. Дефекты в армированных ПКМ. 7

1.1.2. Типы пор и размеры пористых систем. 10

1.1.3. Причины образования пористости и способы её устранения при автоклавном, вакуумном формовании препрегов и инфузионном формовании сухих преформ. 14

1.1.4. Методы определения пористости. 24

1.1.5. Влияние пористости на физико-механические свойства материала. 28

1.2. Экспериментальная часть. 35

1.2.1. Объекты исследований. 35

1.2.2. Методики исследований. 36

1.2.3. Результаты и их обсуждение. 47

1.3. Выводы.. 57

2. Численное моделирование влияния пористости на деформационно-прочностные свойства углепластика. 58

2.1. Литературный обзор. 58

2.1.1. Метод конечных элементов в моделировании деформационно-прочностных свойств ПКМ 58

2.1.2. Аналитическое моделирование трещиностойкости полимерной композиционной матрицы 64

2.2. Разработка модели ПКМ с дефектом в виде поры на границе раздела волокно-матрица и исследование деформационно-прочностных свойств. 73

2.2.1. Разработка физической модели структуры ПКМ с дефектом в виде поры на границе раздела волокно-матрица. 73

2.2.2. Методика построения КЭ модели развития дефекта на границе раздела фаз. 75

2.2.3. Влияние наличия поры на границе раздела на деформационно - прочностные свойства углепластика с использованием КЭ модели. 86

2.3. Выводы.. 91

Заключение. 93

Список литературы.. 95

 

Введение

В настоящее время доля использования элементов из полимерных композиционных материалов (ПКМ) в конструкциях современной авиационной техники стремительно растет. Объем применения ПКМ в планере современного самолета находится в пределах от 25 до 50% от общего веса конструкции. Наиболее эффективными и экономически целесообразными областями применения углепластиков является их использование в силовых конструкциях, таких как крыло, киль, стабилизатор, большая часть фюзеляжа, характеризующихся повышенной конструктивной сложностью, высоким уровнем действующих нагрузок и критичностью с точки зрения безопасности полета. В связи с этим, определение физико-механических свойств, оценка прочностных характеристик, а также прогнозирование остаточного ресурса деталей и элементов конструкций из ПКМ является одной из важнейших задач авиастроения.

На физико-механические свойства ПКМ оказывают влияние не только состав и структура, но и различные дефекты, возникающие при производстве и эксплуатации элементов авиационных конструкций изготовленных из них. Одним из основных дефектов, значительно влияющих на снижение прочности авиационных конструкций является пористость. Углепластик в элементах конструкции должен надёжно работать в заданном диапазоне условий эксплуатации в течение всего периода эксплуатации, обеспечивая необходимый уровень безопасности. Поэтому объективная оценка влияния пористости на физико-механические свойства углепластика с помощью экспериментальных методов и компьютерного моделирования на этапе проектирования является актуальной задачей.

Целью работы является изучение влияние пористости в ПКМ на основе эпоксидной матрицы и непрерывных углеродных волокон на его физико-механические свойства.

Задачи: Провести анализ литературных данных о природе пористости в углепластиках. Рассмотреть причины возникновения пористости и способы ее устранения; неразрушающие методы определения пористости; влияние пористости на физико-механические свойства материала; экспериментально определить объемное содержание пор и провести исследования влияния пор на свойства углепластика при растяжении и сжатии.

Рассмотреть принципы численного моделирования влияния пор на физико-механические свойства материалов. Разработать конечно элементную модель углепластика содержащую дефект в виде поры на границе волокно-матрица, методику построения такой модели в программном комплексе ANSYS. Провести анализ полученных данных.

Структура и объем диссертации:

Диссертация состоит из введения, 2-х глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 24 наименования; изложена на 96 страницах, включая 53 рисунка и 16 таблиц.