Иркутский политех и ВСГУТУ исследуют процессы деформирования и разрушения композиционных материалов с нанонаполнителями
Итоги экспериментов смогут в дальнейшем обеспечить прочность, надежность, долговечность и безопасность высоконагруженных конструкций - деталей самолетов (обшивки, лонжеронов, нервюр, панелей) и двигателей (лопатки вентиляторов, компрессоры).
Являясь участниками созданного в этом году консорциума «Цифровые технологии производства уникальных объектов», сотрудники иркутского и улан-удэнского университетов выполняют исследования в рамках стратегического проекта ИРНИТУ «Digital industrial technologies – i.DIT» по Программе «Приоритет 2030».
Со стороны Иркутского политеха в научной работе занята команда Юрия Иванова – научного руководителя лаборатории «Цифровые технологии производства изделий из полимерных композиционных материалов». Исследования в ВСГУТУ по данной тематике проводит заведующая кафедрой информационных технологий и прикладной механики Любовь Бохоева. Научная группа под ее руководством смоделировала изменение механических характеристик полученных полимерных композиционных материалов (ПКМ) от различных ударных воздействий. Актуальность совместной работы ученых очевидна, поскольку в России активно создаются новые технологии производства ПКМ для применения в силовых агрегатах современных пассажирских самолётов. Стоит отметить, что МС-21, который собирается на Иркутском авиазаводе – филиале Корпорации «Иркут» (Ростех), состоит примерно на 35% из композитов, более легких и прочных, чем титан или алюминий.
Как отмечает Юрий Иванов, минимальный состав композиционных материалов (армирующее волокно и полимерное связующее) обеспечивает определенный набор механических характеристик. Композиты обладают низкой ударостойкостью и подвержены разрушению при различных видах ударов. Чтобы улучшить характеристики, можно добавлять различные нонодисперсные порошки, которые влияют на прочность и повышают сопротивление удару.
«Наши улан-удэнские коллеги подготовили образцы композитов для испытания высокоскоростного удара. Эксперимент был направлен на то, чтобы смоделированный процесс разрушения верифицировать посредством натуральных испытаний. Заведующий кафедрой самолётостроения и эксплуатации авиационной техники Игорь Бобарика обеспечил проведение испытания в стрелковом клубе «Патриот».
Процесс на образцы в виде выстрелов из различных типов оружия мы снимали на высокоскоростную камеру. Затем в лаборатории политеха провели ультразвуковую диагностику с помощью сканера. Данные, полученные империческим путем, были внесены в цифровую модель, созданную коллегами из ВСГУТУ. По результатам испытаний модель была уточнена.
Эксперимент приблизил нас к понимаю того, как разрушаются композиционные материалы с разными модификаторами. Это позволит решить задачи проектирования деталей не только в авиастроении, но и в других отраслях промышленности. Мы разработаем методику, чтобы, зная последствия ударных нагрузок, можно было выбрать материал для решения той или иной задачи. Например, если определенная добавка улучшает пулестойкость, то этот материал перспективно применять в военной тематике (бронежилеты, защита беспилотников)», - рассказал Юрий Иванов.
По информации профессора ВСГУТУ Любови Бохоевой, в ходе серии испытаний на скоростной удар (скорость ударника от 380 -1300 м/сек.) выяснилось, что пробивание или межслойное повреждение полностью соответствует степени повреждения и формам дефектов, полученных численным экспериментом на скоростной удар:
«Таким образом, разработанные численные модели «цифровой двойник» композитных элементов конструкций могут прогнозировать необходимые свойства по оценке ударной стойкости материала и размеров зон разрушения при различных условиях ударного взаимодействия. Это решает проблему дорогих натурных баллистических испытаний».