Способ изготовления элементов конструкций из ориентированных волокнистых композиционных материалов

 

t3l 04о гд;1 .ф и 1. "еч нc Тс.хHн еоgz р

ОП И(."

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик п>689080

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07,077 8 (21) 2641059/23-05 с присоединением заявки )чо (23) Приоритет

Опубликовано 0503.80. Бюллетень Й9 9

К„г

В 29 С 25/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК678.027. .98(088.8) Дата опубликования описания 050380 (7 2) Авторы изобретения

Г. И. Страхов и Б. Я. Колесников (71 ) 3a яв и тел ь

Московский институт инженеров гражданской авиации (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ

ИЗ ОРИЕНТИРОВАННЫХ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области создания элементов конструкций, которые можно применить в различных отраслях промышленности (строительстве, судо-, автомобиле- и самолетостроении и др. ), Известен способ изготовления строительных конструкций из напряженного железобетона, включающий операции предваоительного растяжения арматуры и затвердевания бетона (1), Наиболее близким по техническому решению является способ изготовления элементов конструкций летательных аппаратов из ориентированных волокнистых композиционных материалов,например прессованием или намоткой, включающий операции предварительного натяжения непрерывных армируюших волокон с усилием, не превышающим их прочности, их пропитки связующим с последующим его отверждением (2).

Однако такой метод не позволяет получать высокую демпйиоуюшую способность элемаHToB конструкций, так как в материале имеется ограниченное количество концов армирующих волокон, явпяющихся очагами рассеяния энергии.

Это объясняется использованием непрерывных волокон в качестве арми руюшего компонента и уровнем эксплуатационных нагоузок (50-70% от несущей способности материала), действующих на элементы конструкций.

Пелью изобретения является ловышение демпфиоуюшей способности и полученче различных ее уровней.

Поставленная цель достигается тем, что отвержденный композиционный материал подвергают растяжению с усилиями в диапазоне, ограниченном величинами эксплуатационных нагрузок, действующих на элемент конструкции, и несущей способности композиционного материала.

Применение операции растяжения отвержденного элемента конструкции позволяет получить дополнительные очаги рассеяния энергии в виде концов волокон, разорвавшихся при этом.

Варьируя уровень усилий растяжения, можно получить различный уровень демпфируюшей способности элементов конструкций.

Пример. Изготавливают элементы конструкций летательных аппаратов типа накладка (размер 10х

x150) из однонаправленного волокнис689080

Продолжение табл.1i — т-.—— — 1 того композиционного материала ðåõ видов: стеклопластиката марки АГ-4С, углепластика марки КМУ-1 и боропластика марки КМБ-1 следующим образом: на барабан наматывают предварительно пропитанный связующий волокнистый наполнитель (стеклонить, жгут из углеродных волокон или волокно) . Чатем полученный шпон разрезают вдоль образующей барабана, комплектуют пакет . иэ четырех слоев с одинаковым направлением волокон и отверждают его в пресс-Форме при соответствующих режимах прессования.

Из полученной заготовки вырезают полуфабрикат размером 10х200 и подвергают растяжению с усилием до 85% несущей способности накладки соответствующего материала.

1 2 ъ 1 4

Предел прочности при растяжении, кгс/мм 50

74 120 усилие предварительного растяжения, кгс

502 488

510

63 102

Для изделий., изготовленных по

Логарифмический декрет мент*,%

Толщины монослоя накладок, технологический режим отверждения (температура, давление и выдержка), предел прочности, усилия и напряжения предварительного растяжения, а также расчетные данные по демпфируюией способности изделий, изготовленных по спо собу-прототипу, и иэделий по предлагаемому способу для трех видов композиционного материала сведены в табл.1 ° способу-прототипу

2,3 1,0

0,85

Для изделий, изготовленных по предлагаемому способу

То же

Т а блица 1

Хар мат

3 1,28

Толщина монослоя мм

0,3

0,2 0,12

Температура отверждения, С

155 200 200

Удельное давление, кгс/см 350

15 10

Выдержка отверждения, мин

3,3 240

Характеристика материала

Сссссб пбс ссип редлагаемый способ

Г-4-1 КМУ-1 КМБ-1

Аà — 4-С КМУ1 КМ

120

50

74 120

25

84

20

120

25

80 120

3900 16 000 18 900 3900 16 000 18 900

Предел прочности при растяже2

ВИИ 2 КГС/ММ

Предел прочности при сжатии, кгс/мм

Предел прочности при изгибе, кгс/мм

Модуль упругости при растяжении, кгс/мм

Напряжение в материале при усилии предварительного растяжения, кгс/мм 42,5

*Определен при амплитудной нагрузке циклического растяжения, равной

25% предельной нагрузки

Из табл. 1 видно, что демпфирую. юая способность материала н.,кладк возрастает на 30% по сравнению со способом-прототипом, При этом физико-механические свойства материалов, изготовленных по предложенному способу, по сравнению с материалами, изготовленными по способу-прототипу, остаются неизменными,что видно из табл.2.

Т а блица 2

689080

Формула изобретения

Составитель В. Чистякова

Техред М.Петко Корректор В. Синицкая

Редактор Н. Белявская

Тираж 735 Подписное

11ИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130 5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 10282/52

Финна I .ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

При использовании предлагаемого

СПОСOI .à изгатсвления элементОВ КОНструкций из ориентированных волокнистых композиционных материалов обеспечиваются по сравнению с существующим способом изготовления следующие преимушества: — повышение демпфируюшей способности элементов конструкций, что позволяет уменьшить амплитуды их вынужденных колебаний; это имеет особое значение в резонансных областях,где явление рассеяния энергии обеспечивает ограниченность амплитуд колебаний; — получение различной демпфиоующей способности элементов конструкций, что обеспечивает воэможность проектирования демпфирующих свойств иэделий согласно условиям эксплуатации.

Увеличение демпфируюшей способности элемента конструкции в приведенном примере на ЗОЪ снижает амплитуды вынужденных колебаний и соответственно уровень максимальных действуюших напряжений в нем в наиболее опасных резонансных областях также на 30%. Анализ известных экспериментальных кривых усталостной прочности, в том числе и для композиционных материалов, показывает, что уменьшение уровня действующих напряжений в элементах конструкций только на 5-10Ъ на базе до 10- циклов увеличивает их долговечность в

1,5-2 раза. Увеличение же ресурса позволит получить соответствующую прибыль от эксплуатации иэделия в зависимости от его класса и, следовательно, повысить эффективность использования в этих иэделиях современных ориентированных волокнистых композиционных материалов.

Способ изготовления элементов конструкций из ориентированных волокнистых композиционных материалов, включающий пропитку армирующего волокна термореактивными смолами с последующим их отверждением, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения демпфирующей способности и получения различных ее уровней, отвержденный композиционный материал подвергают растяжению с усилиями в

«К» диапазоне, ограниченном величинами эксплуатационных нагрузок, действующих на элемент конструкции, и несущей способности композиционного материала. 5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Абибов А,Л. и др. Применение конструкционных пластмасс в производстве летательных аппаратов .

М., Машиностроение, 1971, с. 137.

2. Абибов A.Ë. и др. Применение конструкционных пластмасс в производстве летательных аппаратов .

И., Машиностроение, 1971, с. 138 (прототип) .