Keywords
preform
tufting
simulation
carbon materials
How to Cite
Abstract
to improve the efficiency of advanced powerplants, we need new multilayer composite materials with adjustable layup patterns, reinforcement density, and interlayer strength. They will ensure structural stability under high thermal loads and erosion. The structure of such materials should be modeled to forecast the properties of the final product. This paper studies the effects of composite structure and tufting (inserting a thread through a layered dry fabric with a needle that, after insertion, moves back along the same trajectory) of a multilayer UT-900 carbon fabric composite with the UKN-M-3K-ED thread on the properties of the composite. We simulated the tufting of layered carbon fabrics preforms up to 100 mm thick. These preforms are workpieces for making carbon-carbon composites with the required thermal, physical, and structural properties.
We experimentally modeled the tufting of a layered reinforced composite preform structure. The anisotropic tufting process variables required to assess the structural properties were estimated experimentally. The results were compared with the properties of KIMF, Ipresscon, ARMIR-P, and MKU4M-7 composites.
References
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».