Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ВЛИЯНИЕ ВЛАГИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (МПКМ) 7
-
ОСОБЕННОСТИ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СОВРЕМЕННЫХ СЛОИСТЫХ МЕТАЛЛОПЛАСТИКОВ ТИПА СИАЛ (GLARE) 7
-
ВЛАГОПЕРЕНОС И ЕГО МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПКМ И МПКМ 13
-
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ВЛАГИ С ЭПОКСИДНОЙ МАТРИЦЕЙ ПКМ И МПКМ 19
-
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗМЕНЕНИИ СВОЙСТВ МПКМ В ПРОЦЕССЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЛАГИ...21
-
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 25
2. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СВОЙСТВ МПКМ И
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ 27
2.1. ВЫБОР ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ, ПЛАН ЭКСПЕРИМЕНТОВ 27
-
СОРБЦИОННО-ДИФФУЗИОННЫЙ АНАЛИЗ МЕТАЛЛОПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 30
-
ОТБОР ОБРАЗЦОВ 31
-
АППАРАТУРА, СРЕДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ 31
-
ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ 32
-
ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ 33
-
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ 34
-
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ КОРРОЗИИ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСТИН В ОБРАЗЦАХ МПКМ НА УПРУГИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛА 37
-
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБРАТИМОГО ВЛИЯНИЯ ВЛАГИ НА УПРУГИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 41
-
ИЗМЕРЕНИЕ МОДУЛЯ СДВИГА В ПЛОСКОСТИ ЛИСТА МЕТОДОМ ТРЕХОПОРНОГО ИЗГИБА....42
-
АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ВЛАГИ НА УПРУГИЕ СВОЙСТВА КМ 44
-
АДЕКВАТНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ДМА- И ТИ-ИЗМЕРЕНИЙ 45
2.4. ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОЙ СРЕДЫ НА МЕЖСЛОЙНЫЙ ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ 46
-
УСТРОЙСТВО ЯЧЕЙКИ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СДВИГОВОЙ ДЕФОРМАЦИИ 46
-
АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ МЕЖСЛОЙНОЙ ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМАЦИИ НА УСТАНОВКЕ ИМАШ5С65 48
-
КАЛИБРОВКА ИЗМЕРЕНИЙ НАГРУЖАЮЩЕЙ СИЛЫ 50
-
РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ НА МЕЖСЛОЙНЫЙ СДВИГ 51
-
ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ 52
-
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ СПЕКТРОМЕТРИЯ 53
-
МЕТОД ЛИНЕЙНОЙ ДИЛАТОМЕТРИИ 55
-
ОБРАБОТКА ДАННЫХ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММНОГО ПАКЕТА FITTER 57
3. ОСОБЕННОСТИ ВЛАГОПЕРЕНОСА В СИАЛАХ И ВЛИЯНИЕ ВЛАГИ НА ИХ
СВОЙСТВА 60
-
АНОМАЛЬНАЯ ДИФФУЗИЯ НА СТАДИИ СОРБЦИИ В МПКМ 60
-
АНИЗОТРОПИЯ ВЛАГОПЕРЕНОСА И ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТНОЙ КРОМКИ 63
-
ПЛАСТИФИКАЦИЯ ЭПОКСИДНОЙ МАТРИЦЫ В СИАЛАХ 67
-
ВНУТРЕННИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОНЕНТЕ МПКМ 71
-
КОРРОЗИЯ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПЛАСТИН ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА В ОБРАЗЦАХ МПКМ СИАЛ-1Н И АЛОР 75
-
НЕОБРАТИМОЕ ВЛИЯНИЕ КОРРОЗИИ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИСТОВ СИАЛОВ НА ДИНАМИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ СДВИГА 78
-
ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОЙ СРЕДЫ НА УПРУГИЕ СВОЙСТВА ПКМ И МПКМ 80
3.8. ВЛИЯНИЕ ВЛАГИ НА МЕЖСЛОЙНЫЙ ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ МПКМ 83
4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛАГОПЕРЕНОСА И ВЛИЯНИЯ ВЛАГИ НА МОДУЛЬ СДВИГА В
СИАЛах 88
4.1. ДВУМЕРНАЯ ФИКОВСКАЯ ДИФФУЗИЯ В МПКМ НА СТАДИИ ДЕСОРБЦИИ 88
-
ТЕОРИЯ ДВУМЕРНОЙ ФИКОВСКОЙ ДИФФУЗИИ В ПЛАСТИНУ С КОНЕЧНЫМИ РАЗМЕРАМИ ...88
-
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕСОРБЦИИ ВЛАГИ ДЛЯ ОБРАЗЦОВ СИАЛ-1Н 91
-
ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ МОДЕЛИ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ ВЛАГОПЕРЕНОСА В КОНТРОЛЬНЫХ ОБРАЗЦАХ МПКМ 93
-
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕСОРБЦИИ ВЛАГИ ДЛЯ ОБРАЗЦОВ СИАЛ-3 94
-
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СОРБЦИИ И ДИФФУЗИИ ВЛАГИ С ПОМОЩЬЮ АДДИТИВНОЙ МОДЕЛИ .96
-
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕСОРБЦИИ ВЛАГИ ДЛЯ ОБРАЗЦОВ СИАЛ-1 Н НА ВТОРОМ ЦИКЛЕ «УВЛАЖНЕНИЕ-СУШКА» 101
-
УМЕНЬШЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРНОЙ РЕЛАКСАЦИИ НА ВЛАГОПЕРЕНОС В СИАЛ-1 Н НА ВТОРОМ ЦИКЛЕ «УВЛАЖНЕНИЕ-СУШКА» 103
-
ОБРАЗОВАНИЕ ГИДРООКИСИ НА ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ СИАЛОВ 107
-
АППРОКСИМАЦИЯ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ СДВИГА СИАЛОВ И СТЕКЛОПЛАСТИКОВ ОТ ВРЕМЕНИ УВЛАЖНЕНИЯ 109
4.9. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МОДУЛЯ СДВИГА МПКМ ОТ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ 112
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 118
БЛАГОДАРНОСТИ 119
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 120
Введение к работе
При изготовлении обшивки летательных аппаратов и других конструкционных изделий авиационного назначения с высокими эксплуатационными свойствами хорошо зарекомендовали себя гибридные слоистые материалы типа СИАЛ [1 - 3]*. СИАЛ - слоистый металлополимерный композиционный материал (МПКМ), состоящий из чередующихся листов алюминиевого сплава и слоев стеклопластика с регулируемой прочностью и теплостойкостью. Стеклопластик получают по технологии клеевых препрегов [1, 4], состоящих из кордной ткани на основе стекловолокон, пропитанной эпоксидным связующим [1,5]. СИАЛы разрабатываются
Всероссийским институтом авиационных материалов (ФГУП «ВИАМ») как перспективный класс конструкционных материалов, обладающих эксплуатационными свойствами, значительно превосходящими аналогичные у современных обшивочных материалов планера. Они обладают преимуществами по плотности, усталостной прочности, вязкости разрушения, ударной прочности, другим механическим показателям, а также по огнестойкости и коррозионной устойчивости по сравнению с монолитными листами из традиционных алюминиевых сплавов типа Д16ч, 1163, В95оч и др. [1, 2, 6, 7]. В России, помимо ФГУП «ВИАМ», над разработкой технологии создания МПКМ работают и другие коллективы [8, 9]. Особенную актуальность МПКМ приобрели при использовании клеевой технологии соединения внахлест [1, 10,11] отдельных элементов обшивки, взамен клепанных соединений, являющихся концентраторами напряжений и источниками зарождения трещин. Это повышает надежность обшивки. Меньшая " СИАЛ - аббревиатура от слов: Стекло И АЛюминий. плотность обшивки из МПКМ снижает массу самолета до 26 % [12], * повышая экономическую целесообразность использования таких материалов. Актуальность применения металлополимерных обшивок подтверждается активными разработками аналогичного западного материала под торговой маркой GLARE [13], успешно использующегося в крупнотоннажных самолетах В777, А320, АЗЗО, А340, А380 и др. [10, 12]. В российском авиастроении МПКМ были использованы в конструкциях ИЛ-86, ИЛ-96, АН-77, АН124-100, БЕ-200, fr СУ-47идр. [1, 14, 15].
Для полного признания преимуществ СИАЛов перед плитами из монолитных алюминиевых сплавов необходимы убедительные доказательства стабильности их свойств при эксплуатации в обычной для самолетов влажной атмосфере. В современных публикациях содержатся сведения о механических свойствах (усталость, ударная вязкость, характер разрушений и др.) металлополимерных композиционных материалов типа ARALL, GLARE, CALL, СИАЛ, АЛОР и др. [16 - 29]. При этом обойдено вниманием направление, которое бы исследовало изменение этих свойств МПКМ под действием влаги -одного из факторов окружающей среды, имеющего наибольшее влияние на свойства композиционного материала [30 - 33]. Так как существует принципиальная возможность диффузии молекул воды в слои стеклопластика, то необходимы надежные сведения о степени и обратимости действия влаги на свойства таких слоистых систем в целом. Прямое экспериментальное исследование влагопереноса, сопутствующих ему физико-химических процессов, а также сдвиговой деформации и прочности на сдвиг позволит обосновать вывод о степени влияния влажной среды на механические свойства МПКМ. Установление зависимости между влагопо'глощением и механическими свойствами материалов, в конечном счете, даст возможность прогнозировать изменение эксплуатационных свойств МПКМ под действием влажной окружающей среды. Однако, в настоящее время отсутствует обоснованный метод, позволяющий проводить подобную диагностику на строгом количественном уровне.
Решение поставленной задачи позволит использовать параметры полученной модели для оптимизации свойств МПКМ, определения сфер внедрения материала в сочетании или взамен других слоистых клеевых композиционных материалов с близкими физико-механическими свойствами, прогнозирования стабильности или изменения свойств МПКМ в условиях эксплуатации.
Таким образом, диагностика состояния металлополимерных слоистых систем типа СИАЛ во влажной среде является актуальной проблемой.
