В России разработали новый метод подбора композитов для авиации
Метод, позволяющий на ранних стадиях проектирования предсказывать свойства короткоармированных композиционных материалов, разработали Ученые Самарского университета. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers.
Композиты делятся на типы в зависимости от длины волокон. В короткоармированных длина волокна составляет примерно 0,3 мм. Это позволяет до 30 процентов сократить вес и до 40 процентов сократить стоимость производства узлов навески аэрокосмического назначения по сравнению с металлическими аналогами, рассказали ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева.
По их словам, подобные материалы могут быть использованы для создания конструкций различного назначения – от корпуса электродрели до кронштейна двери самолета.
Прочность и жесткость короткоармированных композитов вдоль и поперек литья отличаются более чем в два раза, поэтому для проектирования легких и прочных изделий требуется программное обеспечение, позволяющее определять свойства конструкций в зависимости от организации процесса производства.
Как рассказали исследователи, в настоящее время для выбора материала перебирают варианты с различной объемной долей армирующих волокон, свойства каждого из которых исследуются в отдельности.
Подход ученых Самарского университета позволяет определять необходимое содержание волокон на ранних стадиях проектирования изделий. Он заключается в построении математической модели механических характеристик материалов с произвольной объемной долей волокна.“Преимущество разработки нашего университета заключается в том, что при определении параметров модели, мы учитываем третье измерение – объемную долю волокна, что позволяет получить единую модель механических характеристик линейки материалов и предсказывать свойства материалов за рамками эксперимента”, – рассказал доцент кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов Самарского университета Евгений Куркин.
Ученые провели экспериментальное исследование механических свойств короткоармированного полиамида с объемной долей волокна от 10 до 30 процентов и характеристик связующего. Было выполнено литье пластин на термопласт-автомате, вырезка образцов и их разрыв на сервогидравлической машине, анализ микроструктуры материала с использованием электронного микроскопа.
Для обработки результатов эксперимента использованы модели микромеханики, позволяющие определить характеристики композиционного материала на основе данных о свойствах волокна и связующего.
По словам исследователей, в настоящее время в промышленности используются зарубежные решения, цель научного коллектива Самарского университета – разработка собственной системы проектирования изделий из коротокоармированных композиционных материалов, решающей задачи литья, жесткости и прочности изделий.
Работа проводилась в рамках проекта РНФ № 19-79-10205, успешно завершенного в июне 2022 года. Коллектив проекта планирует продолжать работу и развивать методы и программное обеспечение проектирования изделий из короткоармированных композиционных материалов в рамках проекта РНФ № 22-79-10309, реализация которого начата в этом году.
