132 "Матеріалознавство"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/51888
Переглянути
1 результатів
Результати пошуку
Документ Визначення закономірностей впливу локальних пошкоджень та температури на дисипативні властивості вуглепластиків(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2023) Кобзар, Валерій ЛеонідовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктор філософії за спеціальністю 132 Матеріалознавство. – НТУ «ХПІ», Харків, 2023. Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-прикладної задачі адаптації методик визначення амплітудної залежності дисипативних властивостей матеріалів до багатошарових композитів та односпрямованих вуглепластиків, застосування цих методик для визначення дисипативних властивостей композитних матеріалів за умов низьких та підвищених температур та локального об'ємного пошкодження. Метою дисертаційної роботи є визначення закономірностей впливу локальних пошкоджень та температури на розсіювання енергії коливань композитних матеріалів та стрижневих елементів. Об'єктом дослідження є вимушені та вільні коливання зразків з композитного матеріалу з локальними пошкодженнями та за різних температур. Предмет дослідження – закономірності впливу локального пошкодження та температури на вібраційні характеристики пружніх тіл з композитного матеріалу при вимушених та вільних згинних коливаннях в області основного резонансу. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження, описано методи дослідження, надана інформація про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. У першому розділі проведено аналіз методів дослідження та моделювання пошкоджень композитних матеріалів та елементів конструкцій. Висвітлені основні підходи до моделювання композитних стержнів з пошкодженням, а також наведено вплив пошкоджень на модальні характеристики композитних стержнів. Аналіз літературних джерел показав недостатню 3 кількість публікацій щодо амплітудних залежностей дисипативних властивостей копозитів у різних температурних умовах та через локальні пошкодження. Розглянуто джерела щодо можливості використання акустичної емісії для кількісної оцінки пошкодженності композитів. У другому розділі проведено огляд відомих методик експериментального визначення дисипативних властивостей матеріалів та стрижневих елементів. Обґрунтовано вибір методики вільних затухаючих коливань. Характеристикою розсіювання енергії при випробуваннях зразків матеріалу за умови чистого згину обрано амплітудно-залежний логарифмічний декремент коливань. Наведено опис системи, призначеної для визначення дисипативних властивостей зразків матеріалу в умовах чистого згину при кімнатній, низькій та підвищеній температурі. Розроблено та описано систему автоматизованого проведення досліджень демпфірувальної здатності консольних зразків матеріалу. У третьому розділі проведено дослідження демпфірувальної здатності композитних матеріалів в екстремальних умовах експлуатації. Проведено дослідження впливу температури на характеристики розсіювання енергії в плетених багатошарових вуглепластиках марки Т300 та односпрямованих вуглепластиках. Встановлено, що для багатошарових плетених вуглепластиків декремент коливань під кутом 45° виявився в 4.5 рази вищим, ніж для кутів вирізу 0 та 90°. Дослідження проводились у діапазоні температур від –150°С до +250°С. Встановлено амплітудні залежності декременту коливань для діапазону деформації до 1100 мкм/м за умов чистого згину. Встановлено піки дисипативної здатності для багатошарових плетених вуглепластиків, спричинені фазовими перетвореннями в матриці композиту при температурах –50°С та +120°С. Пік дисипативної здатності при –50°С не супроводжувався падінням модуля пружності. Показана кореляція між зростанням дисипативної властивості та градієнтом зміни модуля пружності матеріалу. Для 4 односпрямованих вуглепластиків встановлено ріст амплітудної залежності декременту коливань зі зростанням температури. У четвертому розділі проведено дослідження впливу статичного продавлювання локальної ділянки на амплітудно-залежне розсіювання енергії в багатошарових композитах. Встановлено амплітудні залежності декременту коливань для непошкоджених зразків та за умови локального контрольованого статичного пошкодження при консольному згині у діапазоні деформації до 1100 мкм/метр. Кількісний контроль ступеня пошкодженості ділянки зразка здійснювався за допомогою рахунку акустичної емісії. Показано, що зі зростанням локальної пошкодженості підвищується дисипативна здатність зразків, особливо при малих амплітудах коливань, що свідчить про значний вплив сухого тертя через проковзування шарів вуглепластика. Показано, що залежність відносної зміни частоти вільних коливать внаслідок локального пошкодження значно менша ніж приріст логарифмічного декремента коливань. Побудовано графіки замплітудної залежності логарифмічного декременту коливань для консольних стержней з локальними пошкодженнями на відстані 0.1 та 0.3 довжини зразку від лінії закріплення для різних частот вільних коливань механічної системи. Показано, що внаслідок пошкодження у діапазоні частоти коливань 12…48 Гц для середньої ступені пошкодження переважає дисипація енергії коливань через сухе тертя ймовірно викликане розшаруванням. Експериментально встановлено, що зміна дисипативних характеристик консольних стержнів внаслідок пошкодження значно залежить від відстані пошкодження до лінії закріплення. У п'ятому розділі проведено дослідження впливу низькоенергетичного удару по локальній ділянці на амплітудно-залежне розсіювання енергії в багатошарових композитах. Встановлено амплітудні залежності логарифмічного декременту коливань для непошкоджених зразків та за умови локального ударного пошкодження пуансонами різної форми при деформації чистого згину в діапазоні деформації до 1100 мкм/м. Ступінь пошкодженості 5 задавався кінетичною енергією масивного тіла. Встановлено вплив форми пуансона на ріст дисипативних хактеристик внаслідок пошкодження. При пошкодженні пунсоном з гострим кінцем спостерігається монотонний ріст дисипативних властивостей зі збільшенням поглинутої енергії. У випадку пунсону з тупим кінцем при малій енергії удару спостерігається незначний ріст дисипативних властивостей. При великій енергії удару, що перевищує певний поріг із незначним статистичним розкидом, дисипатина властивість зразка різко зростає, що свідчить про множинні розшарування в об'ємі пошкодженого матеріалу. Розроблено дискретну модель для випадку амплітудної залежності логаріфмічного декремену коливань з локальним піком, показано сумісна дія сухого та в’язкого тертя. Показано, що допомогою комбінації вязкого та сухого тертя можна відтворити немонотонні амплітудні залежності логарифмічного декременту коливань. Визначено діапазон температури –30…+70°С та амплітуди коливань для яких зміна логарифмічного декременту коливань внаслідок пошкодження може бути виявлена на фоні його температурних змін. Експериментально доведено, що при локальному пошкодженні як низькошвидкісним ударом, так і статичним продавлюванням зі збільшенням пошкодженості ділянки зростає рівень розсіювання енергії коливань особливо за малих амплутуд.