Технологические процессы формования, намотки и склеивания конструкций - Крысин В.Н.
ISBN 5-217-00533-5
Скачать (прямая ссылка):
Согласно результатам испытаний образцов на разрушение прочностные свойства многослойных ПКМ не зависят от числа расслоений, пор, воздушных пузырьков, а определяются их суммарной и
площадью 2 где/. — площадь отдельного дефекта в процентах от
і =1 ' 1
площади ПКМ. Расслоения считаются допустимыми, когда их суммарная и
площадь 2 /. меньше или равна 20 см2 на поверхности ПКМ площадью і = 1 1
0,5 м2, которая составляет 0,4% от площади соединения слоев ПКМ при условии, что дефекты отстоят друг от друга на 5 см. Допустимые расслоения или норма расслоений TV^ определяются формулой п
TV <--І00,
P F
где F — исследуемая площадь образца.
212
Норма пористости устанавливается из предположения, что поры распределены в материале равномерно, Норма пористости N вычисляется в процентах от объема материала по формуле
P Ч і Q і
Nn = [1--(-L+ ^)1 100, Я Pi Рг
где р — плотность стеклопластика; q — масса образца; qlt — масса армирующего материала и основы; рх и рг — плотность армирующего материала и основы.
Специалистами США допускаются волнистые неровности со стороны материала, обращенного к оснастке, высотой до 0,38 мм и на противоположной стороне — до 0,76 мм.
Дефекты, подобные воздушным включениям, расслоениям, являются концентраторами напряжений. Они ослабляют полимерную основу, разъединяя слои армирующего материала, и сильно влияют на прочность изделия. Эти дефекты препятствуют равномерному распределению напряжений по сечению изделия.
Трещины в основе являются концентраторами напряжений и влияют на прочностные характеристики, так же как расслоение, с той лишь разницей, что развиваются быстрее, могут иметь разветвления и привести к резкому разрушению основы между слоями армирующего материала. Неполная полимеризация основы снижает твердость ПКМ, ослабляет адгезию между отдельными слоями армирующего материала, ухудшая его демпфирующие свойства, а также другие механические характеристики. Увеличение объема основы по отношению к объему армирующего материала приводит к увеличению массы изделий. Экспериментально установлено, что увеличение объема основы на 55 ... 58% приводит к снижению предела прочности на сдвиг на 12 ... 15%, а предела прочности на сжатие на 8 ... 10%.
Недостаточный объем основы, т.е. обеднение ПКМ, приводит к уменьшению адгезии между слоями ПКМ, что создает условия для появления расслоений.
Инородные включения вызывают искривление волокон, создают области с повышенным содержанием смолы или вызывают скопление пор. При циклических напряжениях включения могут образовывать локальные области, в которых начинаются усталостные разрушения.
Таким образом, основными причинами разрушений (полных или частичных) ПКМ являются:
разброс физико-механических и геометрических параметров основы и армирующего материала;
недостаточно хорошие адгезионные и когезионные характеристики основы и армирующего материала;
остаточные напряжения в основе;
внутренние технологические микродефекты волокна, основы на
213
границе раздела волокна — основа (поры, трещины, расслоения, раковины, складки);
поверхностные дефекты (риски, царапины, складки, оголение основы, трещины, срез препрега, его нахлесты и др.).
5.2. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ
Элементы конструкции, изготавливаемые из ПКМ, соединяются между собой и с другими деталями клеями, основой ПКМ, заклепками, болтами-заклепками и их сочетанием.
Для обеспечения целостности конструкции на заданный срок службы необходимо уметь своевременно выявлять дефекты. Важностью этой задачи и объясняется особое значение, которое придается развитию неразрушающих методов контроля. Эксплуатация по состоянию конструкции вместо эксплуатации в течение определенного срока делает еще более важной задачу разработки неразрушающих методов контроля и повышения их надежности.
Методы неразрушающего контроля должны гарантировать нахождение дефекта с большой степенью доверительной вероятности.
К неразрушающим методам контроля относятся методы обнаружения дефектов типа нарушения сплошности при склеивании и неоднородности материала без нарушения целостности изделия. Неразрушающие методы контроля используются в процессе изготовления конструкций из ПКМ. Неразрушающими методами контроля можно определить геометрию изделия, толщину слоя основы ПКМ, выявить поверхностные и внутренние дефекты.
Имеются различные методы неразрушающего контроля. Наиболее распространенными являются акустические, электрические, магнитные, радиационные, стеклометрические, механические, оптические, тепловые, микрорадиоволновые, инфракрасные топографические методы. Каждый из указанных методов имеет несколько вариантов, отличающихся частотным диапазоном, способом ввода в контролируемый объект, способом приема и регистрации колебаний, видом возбуждающих воздействий (непрерывные, гармонические, импульсные), типом измеряемого параметра и т.д. Например, только акустические методы имеют более десяти вариантов: импульсный, вибрационный, резонансный, импедансный, акустической эмиссии, фазовый велосимметричный, эхо-импульсный, зеркально-теневой, спектральный, поляризационный, амплитудно-временной, ультразвуковой, акустико-голографический и др. [5].
