Разработка учёных Пермского Политеха улучшит 3D-ткани для укрепления самолетов | Популярный Университет

Разработка учёных Пермского Политеха улучшит 3D-ткани для укрепления самолетов

Сегодня в авиастроении часто используют полимерные композиционные материалы, но они склонны к расслоению. Поэтому для их укрепления применяют специальные 3D-ткани. Учёные Пермского Политеха впервые провели комплексные испытания таких композитов на прочность. По их словам, изучение процессов деформирования и разрушения позволит сделать современные самолеты более долговечными и надежными. 

«Традиционные полимерные композиты в ряде случаев не всегда могут обеспечить необходимую прочность: материал может со временем расслаиваться. Чтобы избежать этого недостатка, используют 3D-ткани — материалы с пространственно-армированными наполнителями. Но при этом могут изменяться другие важные свойства таких «сложных» композитов. Поэтому мы провели комплексный анализ механических характеристик 3D-тканей, чтобы выявить их «слабые места». Это позволит в будущем сделать самолеты более прочными и долговечными», — рассказывает научный сотрудник Центра экспериментальной механики, кандидат физико-математических наук Елена Струнгарь.

По словам исследователя, многослойные углеродные ткани объемного плетения используют в качестве армирующего материала углепластиков. Они работают в сложных и жёстких условиях — при воздействии высокоскоростных аэродинамических потоков, вибрации и высоких температур. Например, эти материалы применяют в производстве «чёрного крыла» самолета МС-21. В перспективе ближайших 3-5 лет их будут использовать и в конструкциях фюзеляжей и двигателей современных самолетов, считает Елена Струнгарь.

Учёные впервые провели всестороннее исследование механических характеристик композитов на основе углеволокна и эпоксидного связующего. С помощью современного оборудования Центра экспериментальной механики Пермского Политеха они изучили процессы деформирования и разрушения материалов различных схем армирования. 

В ходе эксперимента учёные испытывали 3D-ткани с разными типами переплетения: изучали способность материала выдерживать разрывы, скручивания, сжатия и удары. После каждого эксперимента учёные анализировали данные, полученные на лабораторных установках, записи видеосистемы и искали под стереомикроскопом повреждения. В результате исследователи получили карты «слабых мест» 3D-тканей — областей, на которых скапливалось больше всего дефектов после внешних воздействий.

Рисунок 1. Продольный шлиф структуры композита на основе 3D-тканей. Изображение предоставлено авторами исследования
Рисунок 2. Поперечный шлиф структуры композита на основе 3D-тканей. Изображение предоставлено авторами исследования

Исследование проведено при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований. Его инициатором выступило одно из промышленных предприятий Пермского края, которое уже внедрило результаты в производство. Результаты работы опубликованы в журнале IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (1, 2). 

Иллюстрация к новости — образец композита при испытании на растяжение. Изображение предоставлено авторами исследования

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: