Полимерные композиционные материалы, которые часто используют при создании современных самолетов, обладают целым рядом достоинств (например, низким весом), но склонны к расслоению.
Чтобы избежать этого недостатка, используют 3D-ткани – материалы с пространственно-армированными наполнителями. Многослойные углеродные ткани объемного плетения используют в качестве армирующего материала углепластиков. Они работают в сложных и жестких условиях – при воздействии высокоскоростных аэродинамических потоков, вибрации и высоких температур. Например, эти материалы применяют в производстве «черного крыла» самолета МС-21. В перспективе ближайших 3-5 лет их будут использовать и в конструкциях фюзеляжей и двигателей современных самолетов
- При использовании 3D-тканей могут изменяться другие важные свойства таких «сложных» композитов. Поэтому мы провели комплексный анализ механических характеристик 3D-тканей, чтобы выявить их «слабые места». – рассказывает научный сотрудник Центра экспериментальной механики, кандидат физико-математических наук Елена Струнгарь.
В ходе эксперимента исследователи испытывали 3D-ткани с разными типами переплетения: изучали способность материала выдерживать разрывы, скручивания, сжатия и удары. После каждого эксперимента анализировались данные, полученные на лабораторных установках, записи видеосистемы и под стереомикроскопом изучались места повреждения. В результате исследователи получили карты «слабых мест» 3D-тканей — областей, на которых скапливалось больше всего дефектов после внешних воздействий.
По мнению ученых, изучение процессов деформирования и разрушения позволит сделать современные самолеты более долговечными и надежными.
Результаты работы ученые опубликовали в журнале IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (1, 2).
Исследование соответствует направлению «Новые материалы и вещества» Пермского НОЦ. Оно проведено при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований. Его инициатором выступило одно из промышленных предприятий Пермского края, которое уже внедрило результаты в производство.
