Исследование процессов устранения коробления авиационных изделий из полимерных композиционных материалов, полученных методом высокотемпературного формования

Исследованы причины и факторы, оказывающие существенное влияние на возникновение и развитие процесса коробления монолитных изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), полученных методом послойной разнонаправленной укладки неотвержденного ПКМ — полуфабриката (препрега) — с последующим высокотемпературным формованием в автоклаве. Под короблением понимается дефект изделия из ПКМ в виде искажения его конфигурации (деформации) под влиянием напряжений, возникающих в процессе полимеризации связующего препрега при высокой температуре (180 ?С) и охлаждении изделия до комнатной температуры. Исследованы плоские образцы, изготовленные из препрегов на стеклянной основе. Выполнен подбор схем равновесной укладки образцов монолитных панелей. Проведена оценка влияния содержания связующего в препреге на деформации при неравновесных схемах укладки образцов панелей. Показано, что наиболее существенными факторами, влияющими на возникновение коробления монолитных панелей из ПКМ, являются схема плетения армирующей основы препрега, нанос связующего в препреге, направление укладки монослоев в панели, краевой эффект и форма поверхности изделия. Выявлено, что коробление образца происходит вдоль направления неуравновешенной усадки связующего. Установлено, что для сбалансированной укладки необходима компенсация в направлении усадки связующего и симметрия относительно центрального слоя; большее количество связующего в препреге уменьшает коробление, но незначительно. Разработка конструктивных и технологических рекомендаций на основе полученных результатов приведет к сокращению сроков отработки изделий из ПКМ.

Литература

[1] Бондарчук Д.А., Федулов Б.Н., Федоренко А.Н. и др. Анализ остаточных напряжений в слоистых композитах на примере симметричной схемы армирования [0?/90?]. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механик, 2019, № 3, с. 17–26, doi: https://doi.org/10.15593/perm.mech/2019.3.02

[2] Молодцов Г.А., Биткин В.Е., Симонов В.Ф. и др. Формостабильные и интеллектуальные конструкции из композиционных материалов, Москва, Машиностроение, 2000. 352 с.

[3] Гусева Р.И., Ша Мингун. Особенности изготовления тонкостенных обшивок из углепластика в самолетостроении. Изменение технологических параметров в процессе формования. Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета, 2014, № 2, с. 4–12.

[4] Васильев В.В. Механика конструкций из композиционных материалов. Москва, Машиностроение, 1988. 268 с.

[5] Stress and warpage in polymer composite structures reduced. newswise.com: веб-сайт. URL: https://www.newswise.com/articles/stress-and-warpage-in-polymer-composite-structures-reduced (дата обращения: 15.04.2021).

[6] Михайлин Ю.А. Специальные полимерные композиционные материалы. Санкт-Петербург, НОТ, 2009. 658 c.

[7] Еренков О.Ю., Ковальчук С.А. Инновационные технологии полимерных композиционных материалов. Хабаровск, Из-во ТОГУ, 2016. 187 с.

[8] Sonmez F.O., Eyol E. Optimal post-manufacturing cooling paths for thermoplastic composites. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., 2002, vol. 33, no. 3, pp. 301–314, doi: https://doi.org/10.1016/S1359-835X(01)00133-6

[9] Карташова Е.Д., Муйземнек А.Ю. Технологические дефекты полимерных слоистых композиционных материалов. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки, 2017, № 2, с. 79–89, doi: https://doi.org/10.21685/2072-3059-2017-2-7

[10] Биткина О.В. Экспериментальное исследование влияния технологических факторов на формоизменение многослойных панелей из композиционных материалов. Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки, 2013, № 1, с. 99–110.

[11] Burnley L., Correia G. Manipulating fiber orientation for the reduction of warpage in carbon fiber composite sandwich panels. California Polytechnic State University, 2019. 56 p.

[12] Козлов М.В., Шешенин С.В., Бабкин А.В. и др. Моделирование формования композитов на основе термореактивных матриц. Вестник Воронежского государственного технического университета, 2016, т. 12, № 6, с. 11–17.

[13] Мотавкин А.В., Покровский Е.М. Упругие ориентационные напряжения и деформации в полимерных композитах. Высокомолекулярные соединения. Серия А, 2001, т. 43, № 12, с. 2156–2162.

[14] Федулов Б.Н., Сафонов А.А., Кантор М.М. и др. Моделирование отверждения термопластических композитов и оценка величин остаточных напряжений. Композиты и наноструктуры, 2017, т. 9, № 2, с. 102–122.

[15] Карпов Я.С., Павленко В.Н., Ставиченко В.Г. Структура и содержание расчета на прочность панелей из композиционных материалов с учетом температурного воздействия. Авиационно-космическая техника и технология, 2010, № 3, с. 57–64.