10.14489/td.2015.04.pp.029-036

2015, 04 апрель (April)

DOI: 10.14489/td.2015.04.pp.029-036

Степанова Л. Н., Коваленко Н. А., Чернова В. В., Огнянова Е. С., Дробяз Е. А., Батаев В. А.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ТЕНЗОМЕТРИИ И АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЗМА РАЗРУШЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА ПРИ ПРОЧНОСТНЫХ ИСПЫТАНИЯХ
(с. 29-36)

Аннотация. Рассмотрены результаты прочностных испытаний десяти образцов из углепластика ПСП-1 с сотовым заполнителем и не-сущими слоями из монослоя КМКУ. Образцы нагружали электрогидравлической машиной MTS-10 до разрушения. Статическая растягивающая нагрузка изменялась ступенчато через интервал, составляющий DР = 2,5 кН. Разработана методика проведения прочностных испытаний образцов из углепластика с использованием метода конечных элементов, метода акустической эмиссии (АЭ) и тензометрии. Для определения напряжений в материале образца использовали конечно-элементную модель, в которой каждый слой углепластика моделировался как однородный ортотропный материал с ло-кальной системой координат, соответствующей углу ориентации волокон в слое композита. Проведена фрактография, позво-лившая подтвердить наличие разрушения волокон и матрицы в исследуемом образце при нагрузке Р = 37 кН. Расчетная разру-шающая нагрузка образца, полученная методом конечных элементов, составила 30,39 кН. Погрешность расчетных и эксперимен-тальных результатов не превышает 17,8 %.

Ключевые слова: углепластик, акустическая эмиссия, сигнал, нагрузка, тензометрия, напряжения, локация, прочность, фрактография, шлиф.

Stepanova L.N., Kovalenko N.A., Chernova V.V., Ognyanova E.S., Drobyaz E.A., Bataev V.A.
THE APPLICATION OF FINITE ELEMENTS METHOD, STRAIN MEASUREMENT AND ACOUSTIC EMISSION FOR DETERMINATION FRACTURE MECHANISM OF CARBON FIBER-REINFORCED PLASTIC SAMPLES DURING STRENGTH TESTS
(pp. 29-36)

Abstract. It is presented the results of strength tests of ten carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) samples with the honeycomb aggregate. Samples were loaded with the electrohydraulic machine MTS-10 until destruction. Static tensile load changed stepwise with step of 2,5 kN. The methodology of the strength test of CFRP samples with use of finite elements method, strain measurement and acoustic emission is devised. The final and element model was used to determinate tension in the material. According to this model, every layer is modeled as a solid orthotropous material with locate coordinate system, which is conformed the fiber angle. The results of fractography make it possible to provide the fact that there are fiber and matrix disruptions into the test sample at the load equal to 37 kN. The estimated breaking load is 30,39 kN. It is result of the finite element calculation. The error of estimated and experimental results does not exceed 17,8 %.

Keywords: carbon fiber-reinforced plastic (CFRP), acoustic emission, signal, load, strain measurement, tension, location, strength, fractography, section.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

Л. Н. Степанова, Н. А. Коваленко, Е. С. Огнянова (ФГУП «Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С. А. Чаплыгина», Новосибирск)
В. В. Чернова (Сибирский государственный университет путей сообщений» (СГУПС), Новосибирск)
Е. А. Дробяз, В. А. Батаев (Новосибирский государственный технический университет (НГТУ)) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

L. N. Stepanova, N. A. Kovalenko, E. S. Ognyanova (Federal State Unitary Enterprise «Siberian Aeronautical Research Institute named after S. A. Chaplygin», Novosibirsk)
V. V. Chernova (The Siberian State University of Railway Engineering, Novosibirsk)
E. A. Drobyaz, V. A. Bataev (Novosibirsk State Technical University (NSTU)) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Матвиенко Ю. Г., Фомин А. В., Иванов В. И. и др. Комплексное исследование дефектов в композици-онных материалах с применением хрупких тензопокры-тий и акустической эмиссии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. № 1. С. 46 – 50.
2. Степанова Л. Н., Лебедев Е. Ю., Кареев А. Е. и др. Регистрация процесса разрушения образцов из композиционного материала методом акустической эмиссии // Дефектоскопия. 2004. № 7. С. 56 – 62.
3. Махутов Н. А., Думанский А. М., Стрекалов В. Б. Расчетно-экспериментальное определение сопротивления усталости углепластиков и элементов конструкций из них // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2006. № 6. С. 41 – 46.
4. Акустико-эмиссионный контроль авиаци-онных конструкций / А. Н. Серьезнов, Л. Н. Степанова, С. И. Кабанов и др. М.: Машиностроение – Машиностроение-Полет, 2008. 440 с.
5. Tserpes K. I., Labeas G., Papanikov P., Kermanidis Th. Strength prediction of bolted joints in graphite/epoxy composite laminates // Composites. Part B 33. 2012. P. 521 – 529.
6. Chang F. K., Chang K. Y. A progressive damage model for laminated composites containing stress concentra-tors // J. Comp. Mater. 1987. V. 21. P. 834 – 855.
7. Неупругие свойства композиционных материа-лов: пер. с англ. / под ред. К. Гераковича, Ю. М. Тарно-польского; пер. Н. П. Жмудя. М.: Мир, 1978. 296 с. (Но-вое в зарубежной науке).

Eng

1. Matvienko Iu. G., Fomin A. V., Ivanov V. I. et al. (2014). A comprehensive study of defects in composite ma-terials with the use of fragile tensor coverings and acoustic emission. Zavodskaia laboratoriia. Diagnostika materialov, (1), pp. 46-50.
2. Stepanova L. N., Lebedev E. Iu., Kareev A. E. et al. (2004). Registration of the process of destruction of samples made of composite materials by acoustic emission method. Defektoskopiia, (7), pp. 56-62.
3. Makhutov N. A., Dumanskii A. M., Strekalov V. B. (2006). Computational and experimental determination of the fatigue resistance of carbon and its elements of design. Zavodskaia laboratoriia. Diagnostika materialov, (6), pp. 41-46.
4. Ser'eznov A. N., Stepanova L. N., Kabanov S. I. et al. (2008). Acoustic emission inspection of aircraft structures. Moscow: Mashinostroenie - Polet.
5. Tserpes K. I., Labeas G., Papanikov P., Kermanidis Th. (2012). Strength prediction of bolted joints in graph-ite/epoxy composite laminates. Composites, (Part B 33), pp. 521-529.
6. Chang F. K., Chang K. Y. (1987). A progressive damage model for laminated composites containing stress concentrators. J. Comp. Mater, 21, pp. 834-855.

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа статьи заполните форму:

Форма заказа статьи

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please fill out the form below: