Анализ амплитудно-зависимых демпфирующих свойств однонаправленных алюмостеклопластиков с учётом термоциклирования


Авторы

Лопатин С. С.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

e-mail: orochimaruninja@mail.ru

Аннотация

В данной работе исследуется влияние термоциклирования на динамических характеристик однонаправленных алюмостеклопластиков. Испытания проводились на специальной установке по методу затухающих колебаний с горизонтальным приложением нагрузки. Установка обеспечивает отсутствие внешних помех и переходных процессов. Контроль амплитуды осуществлялся с использованием триангуляционного лазерного датчика.  Образцы представляют собой композитную структуру из трёх слоёв алюминия и двух слоёв стеклопластика с продольной и поперечной укладкой. В рамках данного исследования испытывались образцы алюмостеклопластика. Каждая партия состояла из трех однотипных прямоугольных образцов. Испытания проводились при фиксированной амплитуде равной 5 мм. По результатам испытаний получены динамические характеристики образцов до и после термоциклирования. Представлены экспериментальные результаты и соответствующий анализ для определения амплитудно-зависимых демпфирующих свойств слоистых композиционных материалов. Наблюдается существенное изменение демпфирования образцов после термоциклирования с изменением собственной частоты затухающих колебаний. Исследование образцов после термоциклирования исключило образование каких-либо расслоений в слоях алюмостеклопластика. Данный факт говорит о деградации компонентов композиционного материала. Так как для слоев алюминия такое количество циклов и диапазон температур не может повлиять на изменение свойств, то стоит полагать что деградация свойств происходит в слоях стекловолокна.

Ключевые слова:

однонаправленные композитные материалы; алюмостеклопластики; термоциклирование; собственные частоты; коэффициент демпфирования

Список источников

  1. Болотин В. В. Динамическая устойчивость упругих систем. Москва : Гостехиздат, 1956. 600 с.
  2. Журавлев В. Ф., Климов Д. М. Прикладные методы в теории колебаний. Москва : Наука, 1988. 328 с.
  3. Прокудин О.А., Соляев Ю.О., Бабайцев А.В., Артемьев А.В., Коробков М.А. Динамические характеристики трехслойных балок с несущими слоями из алюмостеклопластика. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2020. – № 4. – С. 260–270. doi: 10.15593/perm.mech/2020.4.22
  4. Vermeeren, Coen (Editor) Around Glare: A New Aircraft Material in Context Published by Springer, August 1, 2002 ISBN 1402007787;
  5. Фридляндер И.Н., Сенаторова О.Г., Лукина Н.Ф., Антипов В.В., Сидельников В.В., Гриневич А.В., Постнов В.И. Слоистые алюмополимерные материалы СИАЛ // Клеи. Герметики. Технологии. 2007. №5;
  6. Каблов Е.Н., Антипов В.В., Сенаторова О.Г., Лукина Н.Ф. Новый класс слоистых алюмостеклопластиков на основе алюминий-литиевого сплава 1441 с пониженной плотностью // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер.: Машиностроение. 2011. №SP2.
  7. S.K. Giri, M. Krishnan, U. Ramamurty; Enhancement of fatigue life of Ni-Ti-Fe shape memory alloys by thermal cycling; Mater. Sci. Eng. A, 528 (2010), pp. 363-370; https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.09.006
  8. S. Miyazaki, Y. Igo, K. Otsuka; Effect of thermal cycling on the transformation temperatures of Ti-Ni alloys; Acta Metall., 34 (1986), pp. 2045-2051; https://doi.org/10.1016/0001-6160(86)90263-4 
  9. M. Liu, P. Diercks, A. Manzoni, J. Čížek , U. Ramamurty, J. Banhart; Positron annihilation investigation of thermal cycling induced martensitic transformation in NiTi shape memory alloy; https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117298; Acta Materialia Volume 220, November 2021, 117298
  10. Niu B., He X., Shan Y., Zhang P. On objective functions of minimizing the vibration response of continuum structures subjected to external harmonic excitation, Structural and Multidisciplinary Optimization, 2018, vol. 57, pp. 2291–2307. DOI: 10.1007/s00158-017-1859-1.
  11. Zhengping Lu, Lihua Yu, Junhua Xu , Chengchao Du , Hao Zhang;  Influence of secondary thermal cycle on softening behavior and mechanism of heat affected zone in TIG-welded spray formed 7055 aluminum alloy; https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.10.062; Journal of Materials Research and Technology Volume 21, November–December 2022, Pages 2118-2132;
  12. M. Mohseni et al. A novel electro-thermal anti-icing system for fiber-reinforced polymer composite airfoils,   Cold Regions Sci Technol (2013); https://www.researchgate.net/publication/256996062_A_novel_electro-thermal_anti-icing_system_for_fib...
  13. H. Li et al. The effect of thermal fatigue on the mechanical properties of the novel fiber metal laminates based on aluminium-lithium alloy, Compos: Part A (2016); https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359835X16000075 
  14. J.J. Homan Fatigue initiation in Fibre Metal Laminates, Int J Fatigue (2006)
  15. B. Müller et al. Thermal cycling of (heated) Fibre Metal Laminates, Compos Struct (2016)
  16. Timoshenko S. P. Kolebaniya v inzhenernom dele (Oscillations in engineering), Moscow, Nauka, 1967, 444 p.
  17. Chandan K. Roy a, Sushil Bhavnani a, Michael C. Hamilton b, R. Wayne Johnson c, Roy W. Knight a, Daniel K. Harris; Accelerated aging and thermal cycling of low melting temperature alloys as wet thermal interface materials; Microelectronics Reliability Volume 55, Issue 12, Part B, December 2015, Pages 2698-2704 https://doi.org/10.1016/j.microrel.2015.08.020
  18. Бабайцев А.В., Лопатин С.С. Особенности испытания пластин по методу свободных затухающих колебаний. СТИН. 2023. № 10. С. 15-17.
  19. Babaytsev A.V., Lopatin S.S., Nasonov F.A. Study of dynamic characteristics of hybrid titanium-polymer composite materials. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2024. Т. 20. № 1. С. 109-115. DOI:10.22337/2587-9618-2024-20-1-109-115
  20. A review on the development and properties of continuous fiber/epoxy/aluminum hybrid composites for aircraft structures / E.C. Botelho [et al.] // Materials Research. – 2006. – Vol. 9, № 3. – P. 247–256.  
  21. Iriondo J., Aretxabaleta L., Aizpuru A. Characterisation of the elastic and damping properties of traditional FML and FML based on a self-reinforced polypropylene // Composite Structures. – 2015. – Vol. 131. – P. 47–54. doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.04.047

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход