physics-help.info
           
     
 

Введение

Контроль упругих и прочностных зарактеристик пластиков

Контроль содержания связующего в препрегах

Контроль содержания связующего в пластиках

Диагностика процессов формования пластиков

 
полимерные композиционные материалы
Контроль упругих и прочностных характеристик пластиков

В подавляющем большинстве случаев контроль, как исходных материалов, так и готовой проекции проводится по специально изготовленным образцам-свидетелям. Наиболее ответственным является контроль упругих и прочностных характеристик, осуществляемый методами статического механического нагружения образцов с записью диаграммы нагружения и разрушающего усилия. Существенное снижение трудоемкости может быть достигнуто заменой статических испытаний на динамические с измерением динамических модулей упругости и последующим пересчетом их по корреляционным уравнениям на статические модули и прочность. С этой целью нами разработана акустическая установка ИМД 3002, предназначенная для экспрессного измерения динамического модуля упругости и логарифмического декремента затухания образцов акустическим методом.

Рис. 1. Внешний вид установки ИМД 3002

Принцип работы установки основан на ударном возбуждении в контролируемом образце собственных изгибных колебаний и измерении периода и числа колебаний, совершенных образцом до затухания колебаний. Внешний вид установки изображен на Рис.1. Образец кладется горизонтально на две вертикальные гибкие чувствительные опоры с заостренными концами, касаясь их точно в узлах колебаний. Возбуждение колебаний осуществляется упругим ударом по центральной части образца посредством внешнего акустического импульса от внешнего возбудителя. При этом за счет конечной толщины образца точки касания заостренных опор с образцом в узлах колебаний будут совершать горизонтальные противофазные колебания с частотой колебаний образца, возбуждая тем самым приемники, встроенные в гибкие опоры. Такая схема возбуждения и приема колебаний позволила свести к минимуму влияние внешних факторов на процесс измерения. Микропроцессорный блок осуществляет автоматическое управление процессом измерения и обработку результатов в соответствии с известными формулами. Так, динамический модуль упругости изгиба Еи и логарифмический декремент вычисляют из выражений:

где: - плотность материала, г/см3; l и h - длина и толщина образца, мм; Т - период собственных колебаний, мс; Ne - число колебаний, за которое амплитуда уменьшается в 2.72 раз.

Динамический модуль упругости растяжения Eр пересчитывается из модуля изгиба посредством коэффициента k, зависящего только от схемы выкладки, в соответствии с формулами:

(1)

где: n - общее количество монослоев в образце; i - порядковый номер слоя; - относительные модули упругости отдельных слоев вдоль оси образца по отношению к модулю упругости вдоль основы наполнителя, определяемые при необходимости в ходе предварительной тарировки.

Под схемой выкладки подразумевается схема чередования направлений укладки армирующего наполнителя в отдельных слоях многослойного композита относительно продольной оси образца. Выражения (1) также могут быть использованы для контроля правильности чередования слоев в материале.

Статические модули упругости растяжения и изгиба, а также прочность рассчитываются обычно по измеренным динамическим характеристикам с помощью корреляционных уравнений.

Установка ИМД 3002 прошла успешно заводские испытания и используется на Ульяновском авиационном комплексе при входном и технологическом контроле модулей упругости угле-, стекло- и органопластиков. На рис. 2 приведены результаты применения установки для контроля статического модуля упругости и предела прочности при растяжении образцов-свидетелей деталей из углепластиков со всевозможными схемами выкладки за четырехлетний период времени

Рис. 2. Статистическая взаимосвязь статического модуля упругости Е и предела прочности при растяжении с динамическим модулем упругости изгиба Еи, измеренным на установке ИМД 3002, для образцов-свидетелей деталей из углепластиков

Полученная статистическая взаимосвязь с динамическим модулем изгиба описывается устойчивыми корреляционными уравнениями вида:

с коэффициентами корреляции соответственно 0.99 и 0.96. Внедрение установки позволило более чем в три раза снизить трудоемкость контроля.

В настоящее время ведутся работы по разработке современного портативного компьютерного варианта вышеописанной установки ИМД 3003, где вместо микропроцессорного блока будет использоваться ноутбук