Исследования прочности отверстий, полученных методом прокола

Авторы

Федотов Д. А.^*, Скворцов К. Г.^**

АО «Московский машиностроительный завод «Авангард», 125130, Москва, ул. Клары Цеткин, 33

*e-mail: fedotov.da.88@mail.ru
**e-mail: kostyan-grinders@mail.ru

Аннотация

Применение композиционных материалов в летательных аппаратах не обходится без исполнения в них отверстий. Для повышения прочности соединительных элементов предложено формование отверстий методом прокалывания в еще неотвержденном полимерно-волокнистом материале конструкции. Внедрение этого метода является весьма актуальным и несомненно обладает новизной. Изучение этого нового предложения было осуществлено на специальном приспособлении, которое позволяет производить прокол отверстий различных диаметров в стеклопластиковых плитах толщиной до 30 мм с использованием прокалывающих элементов для гладких отверстий и отверстий с резьбой. Были проведены испытания таких отверстий: на растяжение, на срез, а также было проведено испытание на срез резьбы, полученной в препреге методом прокола. По результатам испытаний были сделаны следующие выводы: для ткани Т-13П диаметр отверстия величиной 20 мм является предельным; напряжения среза стеклопластиковой резьбы имеют величину равную пределу прочности на срез материала стеклопластика, следовательно прокол отверстия с резьбой позволяет достигнуть максимальной величины прочностных характеристик; увеличивая толщину плиты, можно повысить прочность резьбового соединения, установить равнопрочность резьбы на срез напряжению растяжения в болте.

Ключевые слова

композиционное изделие, препрег, прокол отверстия, испытание, приспособление, резьба, ткань

Библиографический список

1. Башаров Е.А., Вагин А.Ю. Анализ применения композиционных материалов в конструкции планеров вертолетов // Труды МАИ. 2017. № 92. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=77071

2. Карпов Я.С. Проектирование деталей и агрегатов из композитов. – Харьков.: Национальный аэрокосмический университет «ХАИ», 2010. – 768 с.

3. Ендогур А.И., Кравцов В.А. Идеология проектирования авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов // Труды МАИ. 2015. № 81. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=57755

4. Эйдельман Л.Я. Игла для прокалывания отверстия. Авторское свидетельство № 78397. Бюлл. № 12, 01.12.50.

5. Колганов А.В., Сахоненко В.М. Способ получения отверстий в композиционном материале. Авторское свидетельство № 1445978. Бюлл. № 47, 22.08.88.

6. Комков М.А., Колганов А.В. Формование отверстий в композитных конструкциях методом прокалывания неотвержденного материала // Материалы 2-й международной научной конференции «Ракетно-космическая техника: фундаментальные и прикладные проблемы». Москва, МГТУ, 18-21 ноября 2003, С. 9 – 13.

7. Комков М.А., Колганов А.В. Моделирование процесса формования отверстий в изделиях из неотвержденного полимерно-волокнистого материала // Вестник машиностроения МГТУ им. Баумана. 2004. № 8. С. 15 – 18.

8. Dixit A., Harlal Singh Mali. Modeling techniques for predicting the mechanical properties of woven-fabric textile composites: a Review // Mechanics of Composite Materials, 2013, vol. 49, no. 1, pp. 1 – 20.

9. Chahg L.W. Yau S.S, Chou T.W. Notched strength of woven fabric composites with molded-in holes // Composites, 1987, no. 18 (3), pp. 233 – 241.

10. Комков М.А. Определение конструктивных и технологических параметров намотки композитных баллонов торовой формы. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 24 с.

11. Кербер М.Л. и др. Полимерные конструкционные материалы: структура, свойства, технология. – СПб.: Профессия, 2008. – 560 с.

12. Huang Y., Jin K.K., Ha S.K. Effects of fiber arrangement on mechanical behavior of unidirectional composites // Journal of composite materials, 2008, no. 42, pp. 1851 – 1871.

13. Миткевич А.Б. и др. Модель деформирования конструкционных тканей // Вопросы оборонной техники. Серия 15. 2010. № 1 (156) – 2 (157). С. 3 – 10.

14. Василевич Ю.В. и др. Расчет потенциальной энергии деформации препрегов // Актуальные вопросы машиностроения. 2015. № 4. С. 317 – 320.

15. Kulikov G.M., Plotnikova S.V. A method of solving three-dimensional problems of elasticity for laminated composite plates // Mechanics of Composite Materials, 2012, vol. 48, no. 1, pp. 23 — 36.

16. Xue P., Cao J., Chen J. Integrated micro/macro-mechanical model of woven fabric composites under large deformation // Composite Structures, 2005, vol. 70, no. 1, pp. 69 – 80.

17. Zhu B. Yu T.X., Tao X.M. Large deformation and slippage mechanism of pl ain woven composites in bias extension // Composites: Part A, 2007, vol. 38, pp. 1821 – 1828.

18. Василевич Ю.В., Сахоненко В.М., Сахоненко С.В., Горелый К.А., Малютин Е.В. Определение характеристик препрегов при сжатии // Механика машин, механизмов и материалов. 2012. № 2 (19). С. 53 – 57.

19. Launay J., Hivet G., Duong A., Boisse P. Experimental analysis of the influence of tensions on in plane shear behaviour of woven composite reinforcements // Composite Science and Technology, 2008, vol. 68, no. 2, pp. 506 – 515.

20. Harrison P. Clifford M.J., Long A.C. Shear characterization of woven textile composites // 10th European Conference on Composite Materials, 3-7th June, Brugge, 2002, p. 280.

21. 21. Сахоненко С.В. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния препрегов для нахождения максимальных напряжений вблизи проколотого круглого отверстия. Дисс. канд. физ.- мат. наук. – Минск, 2009. – 154 с.

22. Василевич Ю.В. и др. Зависимость между поперечными деформациями нитей и усилиями сжатия тканых материалов препрегов // Теоретическая и прикладная механика. 2012. С. 97 – 102.

23. Whintey J.M. Stress analysis of thick laminated composite and sandwich plates // Journal of Composite Materials, 1972, no. 6, pp. 426 – 440.

24. Колганов В.И. и др. Теоретические и экспериментальные исследования композиционных систем на стадии формования изделий // Материалы межотраслевой научно-практической конференции «Проблемы создания новых материалов для авиакосмической отрасли в XXI веке», Москва, 25-26 июня, 2002, ЦИАМ, С. 55 – 60.

25. Колганов В.И. и др. Особенности построения методики эксперимента для нахождения коэффициентов внутреннего трения препрегов // Материалы ХVI Российской научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика», Санкт-Петербург, 9-12 сентября 2002, С. 19 – 22.

26. Василевич Ю.В. и др. Определение характеристик препрегов при сжатии // Механика машин, механизмов и материалов. 2012. № 2 (19). С. 53 – 57.

27. Adams D.F. Open Hole Compression Testing // High Performance Composites, March 2005, pp. 12 – 13.

28. Babushkin A.V. et al. Research of the effectiveness of mechanical testing methods with analysis of features of destructions and temperature effects // Frattura ed Integrita Strutturale, 2013, vol. 24, pp. 89 – 95.

29. Cao J. et al. Characterization of mechanical behavior of woven fabrics: Experimental methods and Benchmark results // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2008, vol. 39, no. 6, pp. 1037 – 1053.

30. Lomov S.V. et al. Experimental methodology of study of damage initiation and development in textile composites in uniaxial tensile test // Composites Science and Technology, 2008, vol. 68, no. 12, pp. 2340 – 2349.

31. Колганов В.И. и др. Моделирование процессов растяжения и сжатия в материале препрегов при выполнении отверстий // Вопросы оборонной техники. Серия 15. Композиционные неметаллические материалы в машиностроении. 2004. № 1 (134)-2 (135). С. 31 – 37.

32. Сахоненко С.В. Процессы растяжения и сжатия в материале препрегов при проколе отверстий // Депонированная рукопись № Д200516, 10.03.2005. – Минск: Белорусский государственный университет, 2004. – 25 с.

33. Patent № 57-137114, Japan; cl. In 29 D 3/02, 1981.

Скачать статью