Моделирование схем пространственного армирования многослойных волокнистых преформ углерод-углеродных композиционных материалов
PDF

Ключевые слова

пространственно-армированный композит
преформа
прошивка
моделирование
углеродные материалы

Как цитировать

1.
Михеев П.В., Бухаров С.В., Лебедев А.К., Тащилов С.В. Моделирование схем пространственного армирования многослойных волокнистых преформ углерод-углеродных композиционных материалов // Успехи кибернетики. 2022. Т. 3, № 3. С. 63-73. DOI: 10.51790/2712-9942-2022-3-3-7.

Аннотация

для повышения эффективности работы энергетических установок нового поколения требуется совершенствование современных многослойных композиционных материалов с регулируемой схемой, плотностью армирования и межслоевой прочностью, гарантирующих устойчивость конструкций к действию высоких уровней термических и эрозионных нагрузок. Для эффективной разработки таких материалов требуется проводить моделирование их структуры с целью прогнозирования характеристик целевого изделия. В данной статье исследовано влияние параметров структуры материала и технологического процесса односторонней прошивки (тафтинга) многослойного пакета заготовки из углеродной ткани УТ-900 жгутом УКН-М-3К-ЭД на свойства композиционных материалов. В статье проводится моделирование технологии изготовления волокнистых преформ прошивкой тканого пакета углеродных тканей толщиной до 100 мм. Такой пакет является заготовкой для изготовления углерод-углеродного композита с требуемым уровнем теплофизических и конструкционных свойств.

Опытным путем проведено моделирование структуры прошивки волокнистой заготовки для получения преформ армированного композиционного материала. Свойства материала «Тафтинг», необходимые для моделирования работоспособности конструкций, определены экспериментально и с учетом анизотропии свойств. Полученные результаты сравниваются с материалами КИМФ, Ипресскон, АРМИР-П и МКУ4М-7.

https://doi.org/10.51790/2712-9942-2022-3-3-7
PDF

Литература

Смотрова С. А., Наумов С. М., Смотров А. В. Технологии изготовления силовых агрегатов авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов. М.: Техносфера, 2015. 216 с.

Перепелкин К. Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты. СПб.: НОТ, 2009. 380 с.

Михайлин Ю. А. Термоустойчивые полимеры и полимерные материалы. СПб.: Профессия, 2006. 624 с.

Полимерные смеси / Под ред. Д. Р. Пола и К. Б. Бакнелла / Пер. с англ. / Под ред. В. Н. Кулезнева. СПб., 2011. Том I. Систематика. 618 с. Том II. Функциональные свойства. 606 c.

Жернакова В. С., Первушина Ю. С., Соловьева П. В. Исследование упругих характеристик углепластика с 3D структурой. Письма о материалах. 2019;9(2)185–190.

Поциус А. Клеи, адгезия, технологии склеивания: пер. с нем. 3 изд. / Под ред. Г. В. Комарова. СПб.: ЦОП «Профессия», 216. 384 с.

Karuppannan D., Sivaraman V., Gaddikeri K. M., Sundaram R., Ramesh A. Effect of Tufting on Mechanical Properties of Laminated Composites. ISAMPE National Conference on Composite Materials. Conference Paper. November 2012. Pp. 2–3.

Masters John E. Improved Impact and Delamination Resistance through Interleafing. Key Engineering Materials. 1991;37:317-0. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/kem.37.317.

Kinloch A. J., Masania K., Taylor A. C. et al. The Fracture of Glass-Fibre-Reinforced Epoxy Composites Using Nanoparticle-Modified Matrices. J Mater Sci. 2008;43:1151–1154. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-007-2390-3.

Hongyu Wang, Dongmei Zhu, Feng Wan, Wancheng Zhou, Fa Luo. Influence of the C/C Preform Density on Tribological Characteristics of C/C-SiC Composites under Different Conditions. Ceramics International. 2014;40(10)Part B:16641-16646. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.08.025.

Zhuan Li, Peng Xiao, Ben-gu Zhang, Yang Li, Yu-hai Lu. Preparation and Tribological Properties of C/C-SiC Brake Composites Modified by In Situ Grown Carbon Nanofibers. Ceramics International. 2015;41(9)Part B:11733–11740.

Tong Y., Bai S., Qin Q. H., Zhang H., Ye Y. Effect of Infiltration Time on the Microstructure and Mechanical Properties of C/C-SiC Composite Prepared by Si-Zr10 Alloyed Melt Infiltration. Ceramics International. 2015;41(3):4014–4020. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.11.088.

Wan F., Liu R., Wang Y., Cao Y., Zhang C., James Marrow T. In Situ Observation of Compression Damage in a 3D Needled-Punched Carbon Fiber-Silicon Carbide Ceramic Matrix Composite. Composite Structures. 2018;210:189–201. DOI: 10.1016/J.COMPSTRUCT.2018.11.041.

Бухаров С. В., Лебедев А. К., Зинин А. В. Пространственное армирование прошивкой высокоплотных толстостенных заготовок слоистых композиционных материалов. Авиамашиностроение и транспорт Сибири: Сб. статей ХII Междунар. науч.-практ. конф. (г. Иркутск, 27 мая — 1 июня 2019 г.). Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2019. 458 с. С. 107–115.

Zhang J., Luo R., Xiang Q., Yang C. Compressive Fracture Behavior of 3D Needle-Punched Carbon/Carbon Composites. Materials Science and Engineering. 2011;528(15):5002–5006.

Zhang D., Sun M., Liu X., Xiao X., Qian K. Off-Axis Bending Behaviors and Failure Characterization of 3D Woven Composites. Composite Structures. 2019;208(15):45–55. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.10.009.

Chen X., Zhang Y., Xie J., Du P., Chen L. Robot Needle-Punching Path Planning for Complex Surface Preforms. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2018;50(C):132–139. DOI: 10.1016/j.rcim.2017.09.008.

Mouritz A., Cox B. N. A Mechanistic Interpretation of the Comparative In-Plane Mechanical Properties of 3D Woven, Stitched and Pinned Composites. Сompos Part A: Appl Sci Manuf. 2010;41(6):709–728. DOI: 10.1016/j.compositesa.2010.02.001.

Bigaud J., Aboura Z., Martins A. T., Verger S. Analysis of the Mechanical Behavior of Composite T-Joints Reinforced by One Side Stitching. Composite Structures. 2018;184:249–255. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.06.041.

Ожерелков Д. Ю. Вязкость разрушения углерод-углеродных композиционных материалов фрикционного назначения: Дис ... канд. техн. н. 2018.

Yan K. F., Zhang C. Y., Qiao S. R., Han D., Li M. In-Plane Shear Strength of a Carbon/Carbon Composite at Different Loading Rates and Temperatures. Materials Science and Engineering: A. 2011;528:1458– 1462. DOI: 10.1016/j.msea.2010.10.047.

Гуняев Г. М., Гофин М. Я. Углерод-углеродные композиционные материалы. Авиационные материалы и технологии. 2013;спецвыпуск:62–90.

Бушуев Ю. Г., Персин М. И., Соколов В. А. Углерод-углеродные композиционные материалы: Справочник. М.: Металлургия, 1994.

ТУ 48-4807-237-90 «Заготовки из армированного рекристаллизованного графита марки АРМИР-П».

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.