Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1. Отработаны методики совместного использования при постоянной синхронизации при квазистатических испытаниях на растяжение и сжатие образцов полимерного композита электромеханической испытательной системы Instron 5982 (100кН), бесконтактной цифровой оптической видео системы анализа полей перемещений и деформаций Vic-3D (основанной на методе корреляции цифровых изображений) c использованием камер Prosilica 50 мм (разрешающая способность 4872 х 3248, 16 Мп), максимальная частота съемки при максимальном разрешении составляет 3 кадра в секунду и системы регистрации сигналов акустической эмиссии Vallen AMSY-6 с использованием широкополосного датчика AE144A с диапазоном частот 100-500 кГц и предусилителем с коэффициентом усиления 34 дБ и частотой дискретизации данных 10 МГц, пороговое значение установлено на величине 40 дБ. Отработана методика многопараметрического анализа сигналов акустической эмиссии. Проведено сопоставление параметров АЭ и видов разрушения в материале. Сделаны выводы о характеристиках сигнала и их корреляции друг с другом. 2. Были отработаны методики нанесение дефектов типа – вмятина при использовании инденторов разной формы и геометрии. В качестве инденторов были использованы: стальные шары подшипника диаметром 3мм, 6мм, 9мм, 12мм и 15мм; стальные валы с скругленным наконечником диаметром 6мм, 8мм, 10мм и 12мм; стальные цилиндры с плоским сечением диаметром 3мм, 6мм, 9мм, 12мм и 15мм. При отработке методик нанесения внешних повреждений использовался модельный материал СТЭФ (стеклотекстолит на основе стеклоткани и эпоксифенольного связующего полимера) разной толщины – 2мм, 4мм и 6мм; образцы стеклопластика вырезались в направлении основы и утка. Для всех используемых инденторов для нанесения внешних имитационных повреждений поверхности полимерного композита были установлены диапазоны значений нагрузки и перемещения вдавливания, которые либо совсем не приводили к повреждениям образца, либо полученные повреждения не оказывали влияния на несущую способность стеклопластика. Также были установлены диапазоны критических значений нагрузок, которые в процессе вдавливания приводили к появлению видимых макродефектов (сквозные трещины, разрыв поверхностных слоев и т.д.). Были отработаны методики нанесения дефектов типа царапина поверхностного слоя. В качестве царапающего инструмента были стальные лезвия шириной 10мм и 12мм, толщиной 0,5мм и 0,8 мм. С применением системы регистрации сигналов акустической системы были идентифицированы механизмы разрушения в исследуемом материале при нанесении внешних дефектов. Было проведено сравнение видов повреждений при разных формах и диаметрах индентора. Выявлены диапазоны частот, соответствующие растрескиванию матрицы, расслоению и разрыву волокон в материале. 3. Проведены серии установочных испытаний на образцах полимерного слоистого композита при которых были определены конкретные значения и уровни нагружения образцов инденторами разной формы и геометрии. По результатам испытаний установлено, что наиболее опасная форма индентора из исследуемых (цилиндр, шар, вал) является шар. При сопоставимых диаметрах инденторов для нанесения критических повреждений композитному материалу сферическому индентору требуется приложить в 3-5 раз меньше нагрузки, чем инденторам вал и цилиндр соответственно. Установлено, что уровни нагружения при нанесении дефекта равные 0,1-0,7 от критического (максимальной нагрузки при которой происходит разрушение образца) не оказывает влияние на жесткость и несущую способность стеклопластика при статических испытаниях на растяжение и сжатие, образцы разрушаются вне зоны дефекта. При уровне нагружения индентора 0,9 от критического и последующих испытаний на растяжение и сжатие происходила смена механизмов разрушения, образцы разрушались в области зоны дефекта, а несущая способность снижалась на 20-35% в зависимости от формы наконечника индентора. По результатам испытаний установлено, что царапина глубиной и шириной менее 20% от толщины и 50% от ширины образца слоистого стеклопластика, соответственно, не оказывает влияние на жесткость и несущую способность материала при растяжении. Был проведен анализ сигналов, зафиксированных при разрушении образцов в испытаниях на нанесение внешних дефектов с различными параметрами инденторов (диаметр, форма, характер нанесения). 4. В соответствии с планом работ на первом этапе все квазистатические испытания проводились при нормальной температуре. Испытания на растяжение и сжатие проводились на электромеханической испытательной системе Instron 5982 совместно с системой анализа полей перемещений и деформаций Vic-3D и системы регистрации сигналов акустической эмиссии Vallen AMSY-6, на образцах стеклопластика с размерами 150х20х4мм и на образцах размерами 150х20х6мм вырезанных по основе и по утку с учетом рекомендаций ГОСТ 11262-2017 и ГОСТ 33519-2015 в части использования геометрии образцов, скорости нагружения, определяемых характеристик, а также используемой специализированной оснастки. Были проведены серии экспериментальных исследований при квазистатическом растяжении и сжатии на группах образцов стеклопластика без дефектов, с дефектом вмятина от цилиндра, с дефектом вмятина от сферы, с дефектом вмятины от вала и с дефектом царапина. По результатам испытаний определены основные механические свойства (предел прочности, модуль упругости, максимальные деформации при разрушении), построены диаграммы нагружения и деформирования. Получены новые экспериментальные данные о влиянии эксплуатационных дефектов и наружных повреждений (царапины, вмятина) на остаточные механические свойства при квазистатических испытаниях на растяжение и сжатие при нормальной температуре. На основе данных АЭ, полученных при контролируемом деформировании образцов, был проведен анализ сигналов в испытаниях на квазистатическое растяжение и сжатие. 5. С помощью оптического стереомикроскопа проведены микроструктурные исследования поверхностей и мест изломов опытных образцов стеклопластика СТЭФ испытанных на растяжение и сжатие после предварительного нанесения дефектов вмятина и царапина. Установлено, что при критическом нанесении дефекта вмятина индентором шар происходит хрупкое разрушение связующего с последующим выкрашиванием на всю толщину материала в области дефекта. Вмятина глубиной более 35% от толщины образца приводит к макроразрушению материала. Результаты исследований микроструктуры сопоставлены с данными полученными при регистрации сигналов акустической эмиссии.