Новости

9 Сентября, 2020 17:38

Специалисты МАИ внесли вклад в разработку нового материала для авиапрома

Команда Московского авиационного института опубликовала результаты исследования, посвящённого свойствам нового композиционного материала, имеющего большие перспективы в авиапромышленности. Исследователи экспериментальным путём обнаружили его «слабые места», которые необходимо учитывать при разработке новых образцов. Работа велась под руководством доцента кафедры 602 «Проектирование и прочность авиационно-ракетных и космических изделий» МАИ Юрия Соляева в рамках молодёжного проекта Российского научного фонда. Участниками исследования стали профессор кафедры 602 Сергей Лурье, директор института № 9 «Общеинженерной подготовки», профессор кафедры 902 «Сопротивление материалов, динамика и прочность машин» Лев Рабинский, а также студенты и аспиранты МАИ. Результаты работы были недавно опубликованы в ведущем международном журнале Composites Part B: Engineering, посвящённом композиционным материалам. 
Слева направо: аспирант института № 9 Василий Добрянский, доцент кафедры 602 Юрий Соляев, младший научный сотрудник института № 9 Арсений Бабайцев. Источник: пресс-служба МАИ

Руководитель проекта Юрий Соляев рассказал пресс-службе МАИ, в чём заключалось исследование и какую практическую пользу оно в дальнейшем принесёт отрасли.

Уникальный композит

Предметом исследования специалистов МАИ стал алюмостеклопластик — композиционный материал, известный за рубежом под названием GLARE и применяемый компанией Airbus в фюзеляжах А380. В нашей стране он выпускается под маркой СИАЛ Всероссийским научно-исследовательским институтом авиационных материалов (ФГУП ГНЦ «ВИАМ»), представители которого также участвовали в исследовании.

Материал состоит из тонких, порядка 0,3–0,4 мм в толщину, чередующихся слоёв алюминиевого сплава и стеклопластика. Благодаря своей слоистой структуре он обладает рядом уникальных свойств.

— Достоинство такого материала — более высокие по сравнению со стеклопластиком параметры длительной прочности, устойчивости к образованию трещин и ударопрочности. При этом он обладает лучшими характеристиками удельной жёсткости и прочности по сравнению с алюминиевыми сплавами, — объясняет Юрий Соляев.

Среди других плюсов материала — повышенная огнестойкость по сравнению с обычными полимерными композитами, так как в их составе присутствуют высокопроводящие металлические слои, а также пониженная плотность и хорошие антикоррозионные характеристики. Таким образом, при правильном проектировании и использовании материал может сочетать в себе достоинства и полимерных композитов, и конструкционных алюминиевых сплавов.

Ход эксперимента

Одна из актуальных сейчас задач — разработка алюмостеклопластиков для производства панелей крыла. Для таких высоконагруженных элементов конструкций необходимо создание композитов толщиной 5–15 мм, в то время как наиболее распространенные и хорошо исследованные зарубежные марки имеют толщину 1,5–2 мм.

— В нашей работе мы исследовали упруго-пластические характеристики материала толщиной более 5 мм, состоящего из девяти слоёв алюминиевого сплава и восьми слоёв однонаправленного стеклопластика. Образцы были изготовлены коллегами во ФГУП ГНЦ «ВИАМ», — говорит руководитель проекта.

В процессе испытаний образцов на изгиб команда получила необычные результаты, которые не смогла сразу объяснить.

— Во-первых, мы установили, что несущая способность коротких образцов оказывалась ниже по сравнению с расчётной на 30–40%, — рассказывает учёный. — Во-вторых, оказалось, что кажущаяся межслоевая прочность композита значительно зависит от размера образца, а в испытаниях на изгиб — от расстояния между опорами. Такие эффекты для кажущейся межслоевой прочности хорошо известны в механике композитов, и они обычно могут быть объяснены влиянием анизотропии, поперечного обжатия и других факторов. Однако в данном случае внесение стандартных поправок в расчётную модель всё равно не позволило описать те существенные эффекты, которые наблюдались в эксперименте.

Важная особенность

Не получив ожидаемого результата, команда МАИ перестроила свою модель с учётом ещё одной особенности полимерных композитов, которая ранее не принималась во внимание в исследованиях металлополимерных материалов.

— Мы предположили возможность возникновения существенных пластических деформаций в слоях стеклопластика при межслоевом сдвиге, который возникает при изгибе образцов. И это действительно позволило описать с высокой точностью все имеющиеся экспериментальные данные, — заключает Юрий Соляев.

Таким образом, исследователи показали новый эффект, который ранее не был известен или, по крайней мере, не обсуждался широко для GLARE: межслоевой сдвиг в таких материалах может вести к значительным пластическим деформациям, локализованным в слоях стеклопластика.

Этот результат важен, так как предложенные методы расчёта позволяют более аккуратно оценивать межслоевую прочность алюмостеклопластиков и надёжнее прогнозировать их несущую способность в составе конструкций.

По словам Соляева, в дальнейшем специалисты МАИ продолжат работу в этом направлении. В ближайших планах — исследовать особенности упруго-пластического поведения алюмостеклопластиков с различной схемой армирования в условиях статической и динамической нагрузки.

18 Сентября, 2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Российские ученые разработали программу, которая позволяет моделировать процессы на поверхностях тве...
18 Сентября, 2020
Исследование алмазного потенциала Архангельской области позволит продолжить добычу алмазов в регионе
Российский научный фонд в рамках президентской программы исследовательских проектов выделил 15 млн р...