Сравнительные механические испытания однонаправленных полимерных композиционных материалов
УДК 004.43:678(045), 53.08
Аннотация
Представлены результаты сравнительных испытаний однонаправленных базальтопластиков, проведенных тремя разными методами. Выявлены достоинства и недостатки для каждого способа, проведен сравнительный анализ полученных экспериментальных данных. Оценивались прочность, модуль Юнга, предельная деформация при разрушении. Наиболее точные значения прочностных характеристик (а=1571 МПа, Е=42363 МПа) получены для образцов, изготовленных по патенту РФ № 2597811. Данные значения являются наиболее приближенными к расчетно-теоретическим, полученным исходя из соотношения компонентов по правилу смесей. Коэффициент реализации характеристик армирующего наполнителя и связующего при изготовлении однонаправленных образцов в лабораторных условиях составил 0,7 по прочности и 0,85 по модулю Юнга от теоретических расчетных значений. Результаты испытаний кольцевых образцов по ГОСТ 25.603-82 показывают разбросы свойств практически в два раза (прочность от 500 до 1076 МПа, модуль Юнга не определялся в связи со сложностью метода), а образцы, изготовленные по ГОСТ 33349-2015, имеют неравномерную толщину по длине образца и нестабильные прочностные показатели (а=1130 МПа, Е=33052 МПа), ниже, чем по патенту РФ №2597811.
Скачивания
Литература
Русских Г.И., Башара В.А., Блазнов А.Н. Технология непрерывного формования стеклопластиков : монография. Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2016. 178 с.
Блазнов А.Н., Савин В.Ф., Волков Ю.П. и др. Методы механических испытаний композиционных стержней : монография / под ред. А.Н. Блазнова, В.Ф. Савина. Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2011. 314 с.
Kulakov V.L., Tarnopol’skii Y.M., Arnautov A.K., et al. Stress-Strain State in the Zone of Load Transfer in a Composite Specimen under Uniaxial Tension // Mechanics of Composite Materials. 2004. Vol. 40. Р. 91-100.
Portnov G.G., Kulakov V.L., Arnautov A.K. A Refined Stress-Strain Analysis in the Load Transfer Zone of Flat Specimens of High-Strength Unidirectional Composites in Uniaxial Tension. 1. Theoretical Analysis // Mechanics of Composite Materials. 2006. Vol. 42. Р. 547-554.
Huang B., Ma M., Liu X., et al. Investigation on the Fundamental Mechanical Properties and Probabilistic Characteristics of Unidirectional Carbon Fiber Reinforced Polymer Composite Plates // Polymer Testing. 2024. Vol. 131. P. 108355. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2024.108355
Kumar R., Mikkelsen L.P., Lilholt H., et al. Experimental Method for Tensile Testing of Unidirectional Carbon Fibre Composites Using Improved Specimen Type and Data Analysis // Materials. 2021. Vol. 14. 3939. DOI: 10.3390/ma14143939
Vankar S.R., Kaore A.N., Yerramalli C.S. Methodology for Testing the Compressive Strength of Pultruded Composites // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2023. Vol. 42. Is. 11-12. Р. 544-557. DOI: 10.1177/07316844221133293
Talreja R. Failure of Unidirectional Fiber Reinforced Composites: A Case Study in Strength of Materials // Mechanics of Composite Materials. 2023. Vol. 59. Р. 173-192. DOI: 10.1007/s11029-023-10091-0
Ощепков М.Ю. Однонаправленные стеклопластики. Ч. 3. Высокая степень армирования // Композитный мир. 2020. № 2 (89) С. 38-47.
Старцев О.В., Блазнов А.Н., Волков Ю.П. и др. Повышение точности определения механических показателей полимерных композиционных материалов. 4. Продольный изгиб // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2016. № 4. С. 52-63.
Патент № 2451281 РФ. Способ определения механических характеристик стержней из полимерных композиционных материалов и устройство для его реализации (варианты) / А.Я. Рудольф, С.П. Поздеев, В.Ф. Савин и др. Заявка № 2010139689/28 от 27.09.2010; опубл. 20.05.2012. Бюл. № 14. 12 с.: ил.
Промышленные полимерные композиционные материалы / под ред. М. Ричардсона; пер. с англ. под ред. П.Г. Бабаевского. М.: Химия, 1980. 472 с.: ил.
Справочник по композиционным материалам. В 2-х кн. / пер. с англ. под ред. Дж. Любина. М.: Машиностроение, 1988. Кн. 1. 448 с., Кн. 2. 581 с.: ил.
Андреевская Г.Д. Высокопрочные ориентированные стеклопластики. М.: Наука, 1966. 371 с.: ил.
Тарнопольский Ю.М., Скудра А.М. Конструкционная прочность и деформативность стеклопластиков. Рига: Зинатне, 1966. 260 с.
Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков; 3-е изд., пере-раб. и доп. М.: Химия, 1981. 272 с.: ил.
Пустовойтов В.П., Килимов С.Л., Черномаз В.С. Стеклопластики в строительстве / под ред. В.А. Телешова. М.: Стройиздат, 1978. 212 с.
ГОСТ 25.603-82 Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на растяжение кольцевых образцов при нормальной, повышенной и пониженной температурах. М.: Межгосударственный стандарт, 1984. 12 с.
ГОСТ 33349-2015 Композиты полимерные. Производство пластин намоткой для изготовления образцов для испытаний. М.: Стандартинформ, 2015. 20 с.
Патент № 2597811 РФ. Способ определения механических характеристик полых трубчатых изделий из полимерных композиционных материалов / В.В. Самойлен-ко, А.Н. Блазнов, В.В. Фирсов и др. Заявка № 2015128703 от 14.07.2015; опубл. 20.09.2016. Бюл. № 26.
Самойленко В.В. Разработка системы программного управления изготовлением намоточных изделий из полимерных композиционных материалов // Ползуновский вестник. 2016. № 4. Т. 1. С. 225-228.
Журковский М.Е., Сакошев З.Г., Блазнов А.Н. и др. Исследование механических свойств намоточных гибридных полимерных композиционных материалов // ЮжноСибирский научный вестник. 2018. № 3 (23). С. 39-43. DOI: 10.25699/SSSB.2018.23.17555
Блазнов А.Н., Сакошев З.Г., Журковский М.Е. и др. Разработка программ управления установкой намотки и исследование ПКМ с различными схемами армирования // Южно-Сибирский научный вестник. 2019. № 4. Т. 2. С. 13-18. DOI: 10.25699/SSSB.2019.28.48965
Медведев П.А., Блазнов А.Н., Сакошев Е.Г. и др. Автоматизация процессов изготовления и испытания пластин из полимерных композиционных материалов // Южно-Сибирский научный вестник. 2024. № 2. С. 166-172. DOI: 10.25699/SSSB.2024.54.2.022
References
Russkikh G.I., Bashara V.A., Blaznov A.N. Technology of Continuous Molding of Fiberglass: Monograph; Alt. State Tech. University, BTI. Biysk: Alt. Publishing House. State Tech. Univ., 2016. 178 p. (In Russ.).
Blaznov A.N., Savin V.F., Volkov Yu.P. et al. Methods of Mechanical Testing of Composite Rods: Monograph; Edited by A.N. Blaznov, V.F. Savin. Biysk: Alt. Publishing House. State Tech. University, 2011. 314 p. (In Russ.).
Kulakov V.L., Tarnopol’skii Y.M., Arnautov A.K. et al. Stress-Strain State in The Zone of Load Transfer in a composite Specimen under Uniaxial Tension. Mechanics of Composite Materials. 2004. Vol. 40. Р 91-100.
Portnov G.G., Kulakov V.L., Arnautov A.K. A Refined Stress-Strain Analysis in the Load Transfer Zone of Flat Specimens of High-Strength Unidirectional composites in Uniaxial Tension. 1. Theoretical Analysis. Mechanics of Composite Materials. 2006. Vol. 42. Р 547-554.
Huang B., Ma M., Liu X., et al. Investigation on the Fundamental Mechanical Properties and Probabilistic characteristics of Unidirectional carbon Fiber Reinforced Polymer composite Plates. Polymer Testing. 2024. Vol. 131. P. 108355. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2024.108355
Kumar R., Mikkelsen L.P, Lilholt H., et al. Experimental Method for Tensile Testing of Unidirectional carbon Fibre composites Using Improved Specimen Type and Data Analysis. Materials. 2021. Vol. 14. 3939. DOI: 10.3390/ma14143939
Vankar S.R., Kaore A.N., Yerramalli c.S. Methodology for Testing the compressive Strength of Pultruded composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2023. Vol. 42. Is. 11-12. Р 544-557. DOI: 10.1177/07316844221133293
Talreja R. Failure of Unidirectional Fiber Reinforced composites: A case Study in Strength of Materials. Mechanics of Composite Materials. 2023. Vol. 59. Р. 173-192. DOI: 10.1007/s11029-023-10091-0
Oshchepkov M.Yu. Unidirectional Fiberglass. Part 3. High Degree of Armament. Composite World. 2020. No 2 (89). Р. 38-47. (In Russ.).
Startsev O.V., Blaznov A.N., Volkov Yu.P et al. Increasing the Accuracy of Determining the Mechanical Parameters of Polymer composite Materials. 4. Longitudinal Bending. All Materials. Encyclopedic Reference Book. 2016. No 4. P. 52-63. (In Russ.).
RU Patent No 2451281, MPK G01N. A Method for the Determination of Mechanical Characteristics of Bars Made of Polymer Composite Materials and a Device to Implement the Same (Variants) / А/Ya. Rudolf, S.P Pozdeyev, V.F. Savin, et al. No 2010139689/28; Applied. 27.09.2010; Published 20.05.2012; Bull. No 14. 12 p.: Illustrated. (In Russ.).
Industrial Polymer Composite Materials. Ed. M. Richardson; Lane from English Edited by PG. Babaevsky. M.: chemistry, 1980. 472 p.: ill. (In Russ.).
Handbook of Composite Materials. In 2 books; Lane from English Edited by J. Lubina. M.: Mechanical Engineering, 1988. Book. 1. 448 p., Book. 2. 581 p.: ill. (In Russ.).
Andreevskaya G.D. High-Strength Oriented Fiberglass. M.: Nauka, 1966. 371 p.: ill. (In Russ.).
Tarnopolsky Yu.M., Skudra A.M. Structural Strength and Deformability of Fiberglass Plastics. Riga: Zinatne, 1966. 260 p. (In Russ.).
Tarnopolsky Yu.M., Kintsis T.Ya. Methods of Static Testing of Reinforced Plastics. 3rd Ed., Revised. and Additional M.: Chemistry, 1981. 272 p.: Ill. (In Russ.).
Pustovoitov V.P., Kilimov S.L., Chernomaz V.S. Fiberglass in Construction; Edited by V.A. Teleshova. M.: Stroyizdat, 1978. 212 p. (In Russ.).
GOST25.603-82 Methods ofMechanical Testing ofCom-posite Materials with a Polymer Matrix (Composites). Method for Tensile Testing of Ring Samples at Normal, Elevated and Low Temperatures. M.: Interstate Standard, 1984. 12 p. (In Russ.).
GOST 33349-2015 Polymer Composites. Production of Plates by Winding for the Production of Test Specimens. M.: Standartinform, 2015. 20 p. (In Russ.).
RU Patent No 2597811. A Method for the Measurement of Mechanical Behavior of Hollow Tubular Items Made of Polymer Composite Materials / V.V. Samoilenko, А.№ Blaznov, V.V. Firsov, et al. Application No 2015128703, 14.07.2015, Published 20.09.2016, Bull. No 26. (In Russ.).
Samoilenko V.V. Development of Program Control System for the Fabrication of Filament-Wound Items from Polymer Composite Materials. Polunovskiy Vestnik. 2016. No 4. Vol. 1. P. 225-228. (In Russ.).
Zhurkovsky M.E., Sakoshev Z.G., Blaznov A.N. et al. Study of the Mechanical Properties of Winding Hybrid Polymer Composite Materials. South Siberian Scientific Bulletin. 2018. No 3 (23). P. 39-43. DOI 10.25699/SSSB.2018.23.17555 (In Russ.).
Blaznov A.N., Sakoshev Z.G., Zhurkovsky M.E., et al. Development of Control Programs for a Winding Installation and Research of PCM with Various Reinforcement Schemes. South Siberian Scientific Bulletin. 2019. No 4. Vol. 2. P. 13-18. DOI: 10.25699/SSSB.2019.28.48965 (In Russ.).
Medvedev P.A., Blaznov A.N., Sakoshev E.G.. et al. Automation of Production Processes and Testing of Plates from Polymer Composite Materials South Siberian Scientific Bulletin. 2024. No 2. P. 166-172. DOI: 10.25699/SSSB.2024.54.2.022. (In Russ.).
Copyright (c) 2025 Павел Андреевич Медведев, Алексей Николаевич Блазнов, Егор Германович Сакошев, Захар Германович Сакошев, Вячеслав Викторович Фирсов, Арсений Александрович Кораблин
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
