Способ испытания композиционных материалов

,М, М ССС 986. ПОЗИЦИиспытателльзовано дл ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯОННЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относитсяной технике и может быть исп испытания композиционных материалов. Цель изобретения - приближение условий испытания к условиям эксплуатации композиционных материалов, структуры которых отличны от однонаправленной структуры, Образец 1 и нагружающий элемент 2 выполняют заодно целое, при этом в плоскости их сопряжения оставляют несплошности 3. Нагружают образец 1 самоуравновешенной нагрузкой через нагружающий элемент путем его деформирования, измеряют перемещения точек поверхности образца и по величине перемещений определяют зону влияния краевого эффекта. 1 илИзобретенис относится к машиностроению, в частности к испытательной технике, а именно к определению зоны влияния краевого эффекта в образцах из композиционных материалов,Известен способ испытания однонап равленных композиционных материалов, позволяющий исследовать краевые эффекты, обусловленный произвольной самоуравновешенной нагрузкой. Согласно этому способу однонаправленный композиционный материал, представляющий собой матрицу связующего, армированную жесткими волокнами, концы которых выступают из матрицы, подвергают механическим испытаниям путем со(тветствуощего нагружен ия отдельных групп волокон, обеспечивающего создание самоуравновешенной системы нагрузок. При этом матрица композиционного материала закреплена, а волокна арматуры растягиваотся и сжимаются по определенному закону.К недостаткам данного способа относится то, что он обеспечивает исследование микроэффектов на приближенных моделях конструкционных материалов типа стекло-, угле-, Органопластиков, так как объемное содержание волокон в них превышае БОО т.е, обеспечивается только приближенный качественный анализ, Кроме того, способ позволяет исследовать краевые эффекты только определенного класса, причем закон задания самоуравновешенной нагрузки, вызывающей эти эффекты должен быть известен, что является сложйой задачей. Распространение способа испытаний на материалы, структуры пакетов которых отличны от Однонаправленной, не представляется возможным.Наиболее близким по назначению, технической сщности и достигаемым результатам к предлагаемому способу является способ испа композиционнь 1 х материалов, по которому образец материала нагружают самоуравновешенной нагрузкой по плоской грани, Особенностью способа является то, что нагружение самоуравновешенными нагрузками образца композиционного материала, имеющего плоскую грань, которая по всей поверхности жестко соединена с нагружаащим элементом, осуществляется путем деформирования нагружающего элемента.Поскольку соединение между собственно образцом композиционного материала и нагружающим элементом осуществляется по всей грани образца материала, диапазон исследуемых краевых эффектов в данном случае ограничивается рассмотрением краевых эффектов, Вызванных слс) емами самоуравновешенных нагрузок, действующих повсей грани образца, 3 го относится к недостаткам образца, так как на практике досга 5 точно часто требуется оцс:ить зонылокальных краевых эффектгоз лли системьтаких э)фектов, которые ОбуслОБлены действием однОЙ или нескольких локальныхраспределенны,-, на участках гра ли Ооразца1 О композиционного материала, прилегаю.цейк нагружающему элементу) самоуоавновешенных систем напряжений, что можетиметь место в конкретных условиях эксплуатации кОмпОзициОнных материалов.15 Кроме того, наличие соединения междусобственно Образцом композиционного материала и нагружающим элементом допускает присутствие в нем несовершенств,например непро деев в случае склейки об 20 разца композиционного материала и нагружающего элемента, Это приводит к го;,у,что вместо расчетной сииемы самоуравно-.вешенных нагрузок, Вызывак 1 шей краевыеэффекты, можно получить другую, сущест 25 венно Отличную, Неконтролируемое изменение расчетной системы Воздействующихсамоуравновешенных нагрузок может привести к изменению зоны краевых зффектс В.Следовательно, существование соеди;,е:ия3 между Образцом компози 1 ион О О материала и нагружающим элема том снижаст достОВерность определения параметоов зоныкраевых эффек гов.Целью лзобретения являетсл прибли 35 жение условий испытания к условиям эксплуатации композиционных матеоиалое,структуры которых отличны От однонаправленнОЙ структуры,Поставленная цель достигается тем, что4 О в способе для испытания композиционныхматериалов, по которому образец магериала нагружают самоуравновешенной нагрузкой через нагружающий элемент,сопряженный с образцом, путем его дефор 45 мирования и по величине перемещений определяют зону влияния краевого эффекта,согласно изобретению Образец и нагружающий элемент выполняют за одно целое, а вплоскости сопряжения Оставляют несплош 5 О ности.Нагружение образца композиционногоматериала через общую для него и нагружа-ющего элемента систему участков, геометрические параметры которых определяются55 задачами исследования, позволяет существенно приблизить условия испытания к условиям эксплуатации, увеличитьдостоверность получаемых данных при проведении комплекса испытаний данного композиционного материала, структура1:Оторого отлична от Однонаправленной, и конс 1 рукций, создаваем х на еГО основе.МоеОлиногь Образца комГОзиционного материала и нагру.каОецего элемента позволяет стабилизировать условия нагрухе 1 и 51, чГО Обеспе 1 ивает повыше" и."; достоверности Определения зоны краевых э 11 ектог в Образце композлци:нного материала с зае;ано . структурой па;ета.Нэ чертехее показан Образец 1 компози ционного матеоиала, ие:ощего общий уча- СГКИ л .Г НЯГРУКООЕИМ ЭЛЕМЕН О 1 м .,Предлагаемый способ испытания комГ 10 зиционЛх материалов реализован сле,еуОщ,м образсм. е".Опользуется Образецко 1 ИГОзлелоного матер 1 злз, имеющий общие часткл 2 с нагрукаОЕим элементом 3, Форма нагрукаОщего элемента зависит от Еига поиклал 1 вае 1 лых нагрузок, Например, на артехе и;Обсажен негрукающил элемент в виде балки.Нагрукение образца 1 ерез участки 2 осуецествляется путем деформирования на ружаОщего элемента 3 усилителями Р и М, При его дефомревэ Ии а сеченлях системь участков 2 вознлкает система самоуравновешенных внугренних усилий, воздействие которьх распространяется в г 16 ра цр2 нагруженном Образце измеряют перемевееИе точек поверхности и Гс их величине ОГ 1 ре.;еляОт зону влияния краевого эффекта от воздействи- системы самоурав 1 ювешенных усилий, определяемой заданной гео 1 етрией системы участков 2 и внешнел нагрузкой на нагружающий элемент 3, Измерение перемещений осуществляется любым из известных методов, обеспечивающих требуемую точность.При испытаниях монолитной конструкции образец - нагружающий элемент используют конструкцию, выполненную способом совместного формлрования.П р и м е р, Образец композиционного материала и на ГружаЕощил элемент изготавливают как манолитнуо конструкцию путем выкладки пакета препрега углепластика на эпоксидном связуОщем. Листы препрегг предварительно раскроены по шаблону, предназначенному для вырезки образца матеоиала размером 250 х 500 мм и нагружающего элемента, представляющего собой полосу размером 50 х 800 мм; образец и нагрукающий элемент имеют по средине образца ширлной 500 мм один общий участок510 условия испытаний к условиям эксплуатации, рассматривая случаи нггружения, принципиально не реализуемые при других технических решениях, и увеличить достоверность испытаний за счет достижения идентичности нагружения образца при испытаниях и нагружения элементов натурных конструкций из композиционных материалов,Формула изобретения Способ испытания композиционных материалов, по которому образец материала нагружают самоуравновешенной нагрузкой через нагружающий элемент, сопряженный с образцом, путем его деформирования, измеряют перемещения точек поверхности образца и по величине перемещений определяют зону влияния краевого эффекта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью приближения условий испытания к условиям эксплуатации композиционных материалов, структуры которых отличны От однонаправленной структуры, образец и нагружающий элемент выполняют за одно целое, а в плоскости сопряжения оставляют несплошности. 3540 45 50 55 длиной 100 мм, расположенный симметрично по центру конструкции образец - нагружающий элемент. Образец, изготавливаемый выкладкой, состоит из восьми слоев СЛОПРЕГ-0.08, симметрично уложенных под углами 45 относительно оси нагружающего элемента, который содержит 32 таких слоя для вырезки дополнительных слоев нагружающего элемента, которые отсутствуют в образце.также используют шаблоны) с последующим автоклавным формированием.Нагружение осуществляется растягивающим усилителем 12 кН, приложеннымк нагружающему элементу, Деформации измеряют при помощи системы тензорезисторов, Протяженностьзоны влияния краевого эффекта по длине образца материала характеризуется снижением внешнеговоздействия на 95;4 при удалении от нагружающего элемента и составляет = 1,13 Ь, где Ь - длина участка контакта, Протяженность Ь зоны влияния краевого эффекта по ширине образца характеризуется снижением внешнего воздействия на 950, и составляет Ь = 2,78 п (от средины участка общего для образца и нагружающего элемента),Таким образом, по сравнению с прототипом изобретение позволяет приблизить