УДОСКОНАЛЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ І ПРОЦЕДУРА ДОСЛІДЖЕННЯ АНІЗОТРОПНИХ В’ЯЗКОПРУЖНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ КОМПОЗИЦІЙНОГО МАТЕРІАЛУ ПРИ ПІДВИЩЕНИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Автори

В. Г. Мартиненко, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» (61002, Україна, м. Харків, вул. Кирпичова, 2), e-mail: martynenko.volodymyr@gmail.com, ORCID: 0000-0002-9471-0905

Ю. М. Ульянов, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» (61002, Україна, м. Харків, вул. Кирпичова, 2), e-mail:  gradedegree@gmail.com

Анотація

Описано процес модернізації існуючої установки, призначеної для проведення довготривалих випробувань сталевих та алюмінієвих циліндричних зразків на високотемпературну повзучість, під експериментальні дослідження анізотропних міцнісних та в’язкопружних характеристик плоских композиційних зразків при підвищених температурах. Для реалізації даної мети була запропонована схема перебудови тримачів зразків в експериментальній машині, а також метод їх кріплення. Зразки для проведення експерименту були вирізані у відповідності до оптимальної їх форми з одного листа ортогонально армованого композиційного матеріалу під різними кутам до напрямків армування, що дозволило отримувати їхні анізотропні механічні властивості. Підготовка зразків до проведення експериментального дослідження була виконана у відповідності до міжнародних стандартів, що забезпечило точність отримання шукомих величин. Розроблений, спроектований та побудований блок автоматичного регулювання температурного режиму електропечі дозволив підтримувати підвищену температуру у порівняно вузькому діапазоні при довготривалій її роботі, що було необхідно для дослідження механічних властивостей композиційних зразків, а також регулювати температуру нагріву у заданому діапазоні. При виконанні серії експериментів була обрана оптимальна температура, що є вищою за температуру склування композиційного матеріалу та нижчою за його температуру фазового переходу. Її дотримання дозволило вимірювати в’язкопружні властивості композиту із високою точністю при досягненні часу релаксації за половину періоду вимірювань та гарантувати повну побудову кривих повзучості. Проведення експериментального дослідження миттєвих та тривалих механічних властивостей продемонструвало ефективність вдосконалень, виконаних для експериментальної установки, для реалізації такого роду експериментів.

Ключові слова: анізотропна в’язкопружність, композиційний матеріал, експериментальне дослідження, підвищена температура, крива релаксації

Література

1. Справочник по композиционным материалам: Любин Дж. (ред.). М.: Машиностроение, 1988. 448 с.
2. Карпинос Д. М. Композиционные материалы: справочник. Киев: Наук. думка, 1985. 588 с.
3. Кравчук А. С., Майборода В. П., Уржумцев Ю. С. Механика полимерных и композиционных материалов. М.: Наука, 1985. 304 с.
4. Капитонов А. М., Редькин В. Е. Физико-механические свойства композиционных материалов. Упругие свойства. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2013. 532 с.
5. Побердря Б. Е. Механика композиционных материалов. М.: Изд-во МГУ, 1984. 336 с.
6. Уорд М. Механические свойства твёрдых полимеров. М.: Химия, 1975. 357 с.
7. Шеен М. Вязкоупругая релаксация в полимерах. М.: Мир, 1974. 270 с.
8. Кристенсен Р. М. Введение в теорию вязкоупругости. М.: Мир, 1974. 338 с.
9. Адамов А. А., Матвеенко В. П., Труфанов Н. А. Методы прикладной вязкоупругости. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 411 с.
10. Abot J., Yasmin A., Jacobsen A. In-plane mechanical, thermal and viscoelastic properties of a satin fabric carbon/epoxy composite. Comp. Sci. Technol. 2004. Vol. 64. P. 263–268. https://doi.org/10.1016/S0266-3538(03)00279-3
11. Chan A., Liu L., Chiu W. K. Viscoelastic interlaminar shear modulus of fibre reinforced composites. Comp. Struct. 2006. Vol. 75. P. 185–191. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2006.04.058
12. Guojun H. A theoretical and numerical study of crack propagation along a bimaterial interface with applications to IC packaging: a thesis … doctor of philosophy in engineering / National University of Singapore, 2006.
13. Silva P., Valente T., Azenha M. Viscoelastic response of an epoxy adhesive for construction since its early ages: Experiments and modelling. Comp. Part B Eng. 2017. Vol. 116. P. 266–277. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2016.10.047
14. Seifert O. E., Schumacher C., Hansen A. C. Viscoelastic properties of a glass fabric composite at elevated temperatures: experimental and numerical results. Comp. Part B. Eng. 2003. Vol. 34. P. 571–586. https://doi.org/10.1016/S1359-8368(03)00078-7
15. Ciambella J., Paolone A., Vidoli S. A comparison of nonlinear integral-based viscoelastic models through compression tests on filled rubber. Mech. Mater. 2010. Vol. 42. P. 932–944. https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2010.07.007
16. Stanier C., Patil A. J., Sriwong C. The reinforcement effect of exfoliated graphene oxide nanoplatelets on the mechanical and viscoelastic properties of natural rubber. Comp. Sci. Technol. 2014. Vol. 95. P. 59–66. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2014.02.007
17. Shrotriya P., Sottos N. Viscoelastic response of woven composite substrates. Comp. Sci. Technol. 2005. Vol. 65. P. 621–634. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2004.09.002
18. Park S. J., Liechti M., Roy S. Simplified Bulk Experiments and Hygrothermal Nonlinear Viscoelasticity. Mech. Time-Dependent Mater. 2004. Vol. 8. P. 303–344. https://doi.org/10.1007/s11043-004-0942-3
19. Tzeng T., Emerson R. P., O’Brien D. J. Viscoelasticity Analysis and Experimental Validation of Anisotropic Composite Overwrap Cylinders. Mech. Solids, Struct. Fluids, ASME. 2012. Vol. 8. P. 1–8. https://doi.org/10.1115/IMECE2012-87818
20. Испытательная техника: справочник: Клюев В. В. (ред.). М.: Машиностроение, 1982. 560 с.
21. Sathishkumar T., Satheeshkumar S., Naveen J. Glass fiber-reinforced polymer composites – a review. J. Reinf. Plast. Comp. 2014. Vol. 33. P. 1258–1275. https://doi.org/10.1177/0731684414530790
22. Stickel M., Nagarajan M. Glass Fiber-Reinforced Composites: From Formulation to Application. Int. J. Appl. Glas. Sci. 2012. Vol. 3. P. 122–136. https://doi.org/10.1111/j.2041-1294.2012.00090.x
23. Yamini S., Young R. J. The mechanical properties of epoxy resins. J. Mater. Sci. 1980. Vol. 15. P. 1823–1831. https://doi.org/10.1007/BF00550603
24. Jordan L., Foley J. L. Mechanical properties of Epon 826/DEA epoxy. Mech. Time-Dependent Mater. 2008. Vol. 12. P. 249–272. https://doi.org/10.1007/s11043-008-9061-x
25. Ou Y., Zhu D., Zhang H., Huang L., Yao Y., Li G. Mechanical Characterization of the Tensile Properties of Glass Fiber and Its Reinforced Polymer (GFRP) Composite under Varying Strain Rates and Temperatures. Polymers. 2016. Vol. 8. P. 1–16. https://doi.org/10.3390/polym8050196
26. Dogan A., Atas C. Variation of the mechanical properties of E-glass/epoxy composites subjected to hygrothermal aging. J. Compos. Mater. 2016. Vol. 50. P. 637–646. https://doi.org/10.1177/0021998315580451
27. Ferry D. Viscoelastic properties of polymers. John Wiley & Sons, 1980. 641 p.
28. ASTM D618-13. Standard Practice for Conditioning Plastics for Testing. Soc. Test. Mater. 2013. 08.01. https://doi.org/10.1520/D0618
29. ASTM D638-14. Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics. Soc. Test. Mater. 2014. 08.01. https://doi.org/10.1520/D0638-14
30. ASTM D2990-17. Standard Test Methods for Tensile, Compressive, and Flexural Creep and Creep-Rupture of Plastics. Soc. Test. Mater. 2017. 08.01. https://doi.org/10.1520/D2990-17
31. ASTM D3039/D3039M-17. Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. Soc. Test. Mater. 2017. 15.03. https://doi.org/10.1520/D3039_D3039M-17

Надійшла до редакції 17 січня 2018 р.