Проблемы геометрической нестабильности монолитных изделий из полимерных композитов на углеродной основе

В процессе изготовления изделий из полимерных композиционных материалов методом высокотемпературного формования в автоклаве с армирующим материалом другой химической и физической природы, они могут подвергаться геометрической нестабильности (короблению), которое часто приводит к отбраковке. Как показали исследования, коробление может возникать не только при высокотемпературном получении монолитных и многослойных панелей для изделий авиационной и наземной техники, но и в процессе формования при температуре внешней среды не более 25…30 ?С (по технологии вакуумной инфузии). При такой технологии величина коробления значительно меньше, но для получения изделий заданной геометрической конфигурации необходимо учитывать все факторы, которые могут привести к ее искажению. При переходе на новые отечественные полимерные композиционные материалы в рамках импортозамещения эта задача становится еще более актуальной. Проведены исследования образцов панелей, выполненных из различных препрегов на углеродной основе. Анализ результатов исследований выявил основные факторы, вызывающие геометрическую нестабильность и влияющие на ее величину, для монолитных панелей из полимерных композиционных материалов. Установлено направление, вдоль которого проявляется геометрическая нестабильность изделий из полимерных композиционных материалов. Определены конструктивные и технологические мероприятия, которые позволят уменьшить или полностью исключить указанный нежелательный эффект, сократить сроки отработки изделий из полимерных композиционных материалов и, в итоге, снизить себестоимость их изготовления.
EDN: RCVIXG, https://elibrary/rcvixg

Литература

[1] Афанасьев А.В., Рабинский Л.Н. Учет влияния упруго-наследственных свойств полимерного композиционного материала на остаточное напряженное состояние после процесса формования. Мат. II всерос. науч.-практ. студ. школы-семинара Компьютерный инжиниринг в промышленности и ВУЗах. Москва, МАИ-принт, 2010, с. 52.

[2] Молодцов Г.А., Елпатьевский А.Н., Лурье С.А. и др. Методы решения задач устойчивости слоистых ортотропных панелей из композиционных материалов несимметричной структуры по толщине с учетом технологических факторов. II Всесоюз. конф. Современные проблемы строительной механики и прочности летательных аппаратов. Куйбышев, КуАИ им. С.П. Королева, 1986, с. 71–72.

[3] Гусева Р.И., Ша М. 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] Корольков В.И., Некравцев Е.Н., Сафонов К.С. и др. Исследование процессов устранения коробления авиационных изделий из полимерных композиционных материалов, полученных методом высокотемпературного формования. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2021, № 10, с. 84–94, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2021-10-84-94

[5] Мурашов В.В., Румянцев А.Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов и методы их выявления. Ч. 1. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов. Контроль. Диагностика, 2007, № 4, с. 23–32.

[6] 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: 15.11.2023).

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

[8] Бунаков В.А., Головкин Г.С., Машинская Г.П. и др. Армированные пластики. Москва, Изд-во МАИ, 1997. 402 с.

[9] Fazil O. Sonmez, Erhan Eyol. 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

[10] Мэттьюз Ф., Ролингс Р. Композитные материалы. Механика и технология. Москва, Техносфера, 2004. 408 с.

[11] Вашуков Ю.А. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композитных материалов. Мультимедийный образовательный модуль. Самара, Изд-во СГАУ, 2012. 185 с.

[12] 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.

[13] 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.

[14] 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.

[15] 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.

[16] 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.