8 December 2022, 23:00

Новая установка помогла описать процесс повреждения армированных композитов

Новая установка помогла описать процесс повреждения армированных композитов
Экспериментальное оборудование и схема строения образца

Углепластики, они же армированные композиты, представляют собой материалы из переплетенных волокон, погруженных в полимерные смолы. Они превосходят по механическим характеристикам металлы и сплавы, но при этом гораздо легче них. то делает такие системы очень перспективными в авиа- и ракетостроении. Вместе с тем довольно трудно предсказать, что с ними будет при долгосрочном использовании, а именно при износе. Сложность заключается в расчете остаточного ресурса композитных конструкций при длительной эксплуатации. В отличие от металлов, для которых ученые и инженеры уже изучили процессы механического поведения при различных нагрузках, предсказать образование повреждений в углепластиках сложнее из-за их многокомпонентной структуры. Как правило, разрушения в таких составных материалах начинают формироваться на микроуровне на границе веществ. Со временем трещины размером в несколько микрон, образовавшиеся в различных областях углепластика в результате растягиваний, изгибов и ударных нагрузок, объединяются в макротрещину, и расслоение приводит к разлому композитного изделия.

Для изучения и наглядной визуализации процессов разрушения углепластиков на микроуровне в лаборатории акустической микроскопии ИБХФ РАН была разработана специализированная установка. Чтобы получить изображение микроструктуры композитов, исследователи применили высокочастотную ультразвуковую микроскопию, которая позволяет увидеть в объеме материала элементы размером в несколько микрометров, оставляя при этом сам композит невредимым. Образующиеся в углепластиках пустоты или разрывы хорошо видны на таких ультразвуковых изображениях. С помощью этого метода ученым удалось найти, визуализировать и описать некоторые механизмы зарождения и роста повреждений при растяжении углепластиков.

«Проблема прочности и надежности армированных композитов остается актуальной как для фундаментальных исследований в области материаловедения и механики композитов, так и для их практического применения, в первую очередь в авиационных и аэрокосмических технологиях. Основой для развития представлений о прочностных свойствах материалов является изучение структурных изменений в процессе их механического нагружения», — пояснил Егор Мороков, старший научный сотрудник лаборатории акустической микроскопии ИБХФ РАН.

В будущем научный коллектив планирует продолжить изучение процессов трансформации и перестройки объемной микроструктуры углепластиков от микро- до макроуровня под действием различных типов механических нагрузок.

Source:  Пресс-служба Минобрнауки России

News article publications

Read also

Высокоэнергичные ионы превратили графен в наноалмазы
Ученые получили стабильный материал, состоящий из графена и наноалмазов, облучив многослойный графен быстрыми тяжелыми ионами. Возможность управлять механическими свойствами нового наноструктурированного материала в сочетании с легкостью и гибкостью графена открывает перспективы для его использования в космической авиации, автомобильной промышленности и медицинских устройствах.
Materials Science
Mechanics of materials
Mechanochemistry
17 March 2024
Сплав никеля, марганца, олова и меди сделает холодильники экологичнее
Ученые выяснили, что сплав никеля, марганца, олова и небольшого количества меди под действием магнитных полей (при разовом включении/выключении магнитного поля) практически необратимо охлаждается на 13°С. Авторы предложили использовать эту особенность в гибридных системах охлаждения бытовых приборов, например холодильников. Такие системы комбинируют различные методы охлаждения для достижения более эффективной и экологически устойчивой работы.
Materials Science
Mechanics of materials
Metals and their alloys
2 February 2024
Физики предложили более простой способ искажения идеальных метаматериалов
Таким образом они смогут эффективнее взаимодействовать со светом, что полезно для создания усовершенствованных и миниатюрных лазеров, устройств передачи информации и сенсоров
Materials Science
New techniques
Optics
20 July 2023
Белок молочной сыворотки повысит эффективность микрогелей в урологии
С его помощью микрогели с лекарством могут дольше удерживаться внутри мочевого пузыря, что продлит терапевтический эффект от одной процедуры их введения в полость органа
Materials Science
Medicine
New techniques
Pharmacology
19 July 2023
Электродинамическая ловушка помогла охарактеризовать четыре свойства частиц
Новый недорогой подход объединил в себе сразу несколько проверенных методик и показал свою эффективность: погрешность определения массы составила примерно 10%, размера и заряда — 16%, а плотности — 18%
Electrodynamics
Materials Science
Nanotechnology
New techniques
17 July 2023
Особая подготовка позволила «настроить» свойства сплавов даже после закалки
Подход можно использовать для производства высокопрочных сплавов с сохранением аморфного эффекта, когда материал обладает твердостью, но при этом лишен кристаллической решетки
Mechanics of materials
Metals and their alloys
New techniques
3 July 2023