Реакция композитов на ударные воздействия – недостаток популярных конструкционных материалов, особенно важный для авиационной промышленности. Одиночные и серийные удары связаны с градом, столкновениями с птицами, щебнем и ветками, поднятыми в небо штормовыми ветрами. Мощность ударных нагрузок, действующих на летательные аппараты, в среднем варьирует в интервале 7 – 136 Дж.
Численные показатели способности авиационных композитных материалов противостоять ударам определяются посредством лабораторных испытаний. Параметры, полученные в ходе механических испытаний, считаются наиболее продуктивными, так как тесты имитируют типичные воздействия с максимальной достоверностью.
Тестирование авиационных композитов на сопротивляемость ударам
Использование композитов в производстве конструкционных компонентов для авиационной промышленности позволило значительно сократить вес авиалайнеров и количество деталей. У выполненных из композиционных материалов частей фюзеляжа, составляющих облицовки, крыльев меньше швов и отверстий для установки крепежа. Значительно меньше участков и точек, в которых возникают и концентрируются внутренние напряжения.
Однако в случае получения сосредоточенных, кратковременных по продолжительности ударов созданный из авиационного композита элемент получает критически опасные, зачастую безвозвратные повреждения. В толще композита появляются интенсивно разрастающиеся микротрещины, что крайне опасно в случае развития в области соединения крыла с корпусом. Не менее серьезную угрозу для безопасной эксплуатации представляют визуально неопределяемые расслаивания.
Ключевые правила тестирования композитов на сопротивляемость единичным концентрированным ударам представлены в ГОСТ 33496. Согласно изложенной в документе методике, ударная прочность образцов из композиционных материалов определяется на вертикальном копре. Установка снабжена направляющей трубой, исключающей отклонение свободно падающего бойка от заданной траектории.
Степень повреждения от совершенного удара оценивают по отпечатку, оставленному свободно падающим бойком со сферическим наконечником. На ударную прочность авиационных композитов влияют параметры испытаний. Потому эксплуатационное поведение двух образцов композиционных соединений, исследованных при различающихся условиях, не сравнивают.
Регламентированные стандартом этапы проведения тестов:
- Изготовление образцов. Для лабораторных работ изготавливают не менее 5-ти образцов в формате пластин рекомендованной стандартом толщиной 5 мм. Регламентированные габариты исследуемых пластин составляют 100×150 мм. Образцы формуют в соответствии с технологией производства тестируемого композита или вырезают из готовой детали.
- Подготовка к тестированию. Кондиционирование изготовленных для тестов экземпляров проводят в случае, если необходимость указана в сопровождающей продукцию документации. Рядом с областью планируемого воздействия измеряют ширину и толщину в 2-х точках. По полученным показателям вычисляют среднее арифметическое.
- Формирование условий. Если программа испытаний не предусматривает создание низко- или высокотемпературной среды, исследования выполняют в стандартных комнатных условиях. Если для тестов требуется охлаждение или нагрев пластин из исследуемого композита, обеспечивают атмосферные условия согласно требованиям НД. Если в документах не указан период температурной обработки, продолжительность рассчитывают по толщине материала: по 20 минут на 1 мм.
- Выполнение испытаний. Тесты проводят по одной из 2-х методик: А или Б. Способ А предполагает совершение ударов с равнозначными параметрами для всех испытуемых композитов. Методика Б предопределяет нанесение серии из 7-ми ударов с нарастающей силой.
- Регистрация показаний. В протоколы исследований по методике А заносят размеры и площадь единственного отпечатка. В протоколах испытаний по методике Б фиксируют размеры отпечатков после каждого из совершенных ударов.
Полученная при исследованиях информация нужна для оценки структуры композита и технологии его изготовления с целью внесения корректировок. Результаты тестов позволяют прогнозировать размеры и площадь повреждений в случае получения ударов во время эксплуатации. Итоги нужны для анализа остаточной прочности.
Основные технические средства для измерения ударной прочности композитов
Для оценки сопротивляемости авиационных композитов сосредоточенным ударам потребуются:
Детальные консультации компетентных менеджеров из штата компании «ГОСТ» помогут выбрать испытательное оборудование и вспомогательные средства для производственной, сертификационной, учебной лаборатории.
