1. Казанский Государственный Технический Университет им. А.Н.Туполева
Контроль и испытания композитных конструкций
Методические указания к лабораторной работе
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДАРОСТОЙСТИ
МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛАСТИКОВ
Авторы: к.т.н. Батраков В.В.
ст.н.с. Двоеглазов И.В.

2. 15
1.Цель работы:
Ознакомление с технологией изготовления композитных
деталей, а также технологией проведения ударных
испытаний на ударном стенде. Приобретение
практических навыков работы на современном
оборудовании для проведения ударных испытаний.
Работа носит комплексный характер. Предусматривается
изготовление композитных деталей с последующим
проведением испытаний на ударостойкость и живучесть.
КГТУ им. А.Н.Туполева
2

3. 2. Задание на работу:
2.1 Изготовить композитные панели из предоставленных
материалов.
2.2 Произвести необходимые замеры параметров
изготовленных материалов.
2.3 Изготовить образцы для проведения ударных
испытаний.
2.4 Подготовить ударный стенд для проведения
испытаний.
2.5 Провести испытания на ударном стенде.
2.6 Определить параметры повреждения.
2.7 Занести полученную информацию в отчет.
КГТУ им. А.Н.Туполева
3

4. Зажимное приспособление
КГТУ им. А.Н.Туполева
4

5. Зажимное приспособление
КГТУ им. А.Н.Туполева
5

6. Система для проведения ударных испытаний Dunatyp 9250 HV
КГТУ им. А.Н.Туполева
6

7. А - Предварительно нагруженная шаро-винтовая передача гарантирует длительную работу с
нулевым люфтом и небольшим линейным усилием. В результате - точное и воспроизводимое
позиционирование траверсы.
В - Легко очищаемая алюминиевая колонна со скошенными углами облегчает доступ в
испытательную зону. Т-образные пазы выполнены для удобной установки и крепления
испытательного оборудования.
С - Оптическое кодирующее устройство позволяет выполнять точные настройка высоты
сброса и возврата (во всей серии 9200). Оборудование 9250 имеет возможность для считывания
показаний положения траверсы.
D - Инновационная конструкция траверсы позволяет оператору легко, быстро и безопасно
настраивать массу падающего груза. Крышка траверсы дает возможность легкой установки и
удаления дополнительных грузов.
Е - Мощный сервопривод с цифровым контроллером позиционирования с обратной связью
обеспечивает более точное управление положением падающей массы и быстрый возврат в
исходное положение.
F - Полноразмерные прозрачные защитные двери (с блокираторами) защищают оператора от
разлетающихся осколков и предотвращают доступ в опасную зону во время испытания.
G - Кнопка аварийной остановки прерывает работу систему при возникновении опасности.
Н - Простота обслуживания. Доступ во все подлежащие техническому обслуживанию зоны
производится без наклона, подъема и без перемещения установки.
I - Самоопределяющийся датчик нагрузки (только в моделях 9250) измеряют всю падающую
массу, включая массу груза, траверсы и ударного наконечника, что обеспечивает точное
вычисление массы и исключает ошибки, возникающие при измерениях вручную.
J - Основание позволяет использовать климатические камеры для термических испытаний, а
также проводить испытания крупных образцов или реальных узлов. Имеются основания большего
размера
КГТУ им. А.Н.Туполева
7

8. Оборудование для сбора данных.
Для обычного испытания на удар не требуется оборудование
для сбора данных. Для того чтобы собрать данные о скорости и
нагрузке, требуется оборудование с соответствующими
возможностями. Частота собственных колебаний сборки датчикимпактор должна быть более 6 мГц, ЦАП должен быть 8бит или
более, минимальная частота дискретизации – 100 кГц, а
возможности хранения данных – 1000 точек.
Глубину повреждений можно измерять при помощи
индикаторного глубиномера, глубиномера-микрометра или
правильно откалиброванного датчика смещения. Измерительная
пробка должна иметь сферический наконечник с максимальным
радиусом кривизны 8 мм. Инструмент с точностью ±25 мм
желателен для измерения глубины.
Автоматические и механические весы необходимы для
измерения массы импактора с точностью до ±0,5%.
КГТУ им. А.Н.Туполева
8

9. Последовательность укладки. Для сравнения живучести
различных материалов стандартная толщина образца должна
быть 4-6 мм, желательно 5 мм. Ламинаты должны обладать
следующими свойствами:
Однонаправленная лента. Ламинат должен содержать
определенное количество однонаправленных слоев и иметь
результирующую толщину 5 мм. Слои должны быть
ориентированы следующим образом: [45/0/-45/90]NS, где N –
целое число. Если в ближайшей области толщина меньше 4 мм,
следующее значение N должно быть равно N+1.
Рекомендованные виды укладки для различных номинальных
толщин слоев указаны в таблице 1.
Таблица 1
КГТУ им. А.Н.Туполева
9

10. Плетеная ткань. Ламинат должен содержать определенное
количество слоев ткани для сохранения общей толщины около 5 мм с
последовательностью укладки [(+45/-45)/(0/90]NS, где N – целое число.
Если в ближайшей области толщина меньше 4 мм, следующее
значение N должно быть равно N+1. Рекомендованные виды укладки
для различных номинальных толщин слоев указаны в таблице 2.
Таблица 2
КГТУ им. А.Н.Туполева
10

11. Конфигурация образца
КГТУ им. А.Н.Туполева
11

12. Параметры, которые необходимо определить до проведения
испытаний:
Метод получения образца, тип образца и его геометрию, условия
кондиционирования (при необходимости)
Живучесть и формат предоставления результатов испытаний.
Параметры испытаний на воздействие окружающей среды.
Диаметр наконечника импактора и масса импактора
Номинальная энергия импактора и высота его падения
Если необходимо определить скорость импактора,
спрогнозированная скорость импактора и настройки детектора
(например, высота положения детектора над испытуемым образцом,
расстояние между передними кромками зубцов индикатора).
Метод получения образца, геометрия пластины образца, а также
параметры испытания, используемые для определения плотности и
уровня упрочнения, при необходимости.
КГТУ им. А.Н.Туполева
12

13. Типовой график низкоскоростного удара в координатах нагрузка-перемещение; А - упругая
деформация, В – пластическая деформация, С – развитие повреждения, D – вторичное
разрушение, 1 - инициация повреждения, 2 – разрушение.
КГТУ им. А.Н.Туполева
13

14. Определение обширности повреждений
КГТУ им. А.Н.Туполева
14

15. Определение обширности повреждений
КГТУ им. А.Н.Туполева
15

16. Типичные повреждения образцов при воздействии удара
КГТУ им. А.Н.Туполева
16

17. Методика обработки данных (ASTM-D 7136/D 7136M-05e1)
15
Энергия удара
E = CE h
mvi2
Ei =
2
E
H=
md g
H=
E
mdlbm
Скорость удара
vi =
(W12 )
(t + t ) 

+ g  ti − 1 2 
(t2 − t1 )
2 

CV = 100 × S n−1 / х
 n

x =∑ i / n
x
1
i=

1 Ft
vt = vi + gt − ∫
dt
0 m
Внедрение ударника
gt 2 1  1 F (t ) 
δ (t ) = δ i + vi t +
− ∫ ∫
dt dt
0
0 m
2


S n−1
 n 2

=  ∑ xi − nx 2  /( n − 1)
 i=1

Поглощенная энергия
(vi2 − v(t ) 2 )
Ea (t ) =
+ mgδ (t )
2
КГТУ им. А.Н.Туполева
17

18. Содержание отчета
Указать спецификации материалов, тип материала, размеры материала, форма или волнистость,
поверхностная масса, диаметр нити, вид скручивания нити,
Описать шаги изготовления композитного материала, включая дату начала изготовления, дату
окончания изготовления, спецификацию процесса, цикл отверждения, метод консолидации и
описание использованного оборудования.
Указать ориентацию слоев и последовательность упаковки ламината (рассмотреть в отношении
длины)
При необходимости указать плотность, процентный уровень упрочнения, метод изготовления
образцов и их геометрию, методы испытаний и результаты испытаний
Указать метод изготовления испытательных образцов и их количество.
Указать тип и конфигурации испытательного оборудования.
В случае использования указать тип датчика скорости и ключевые параметры.
Указать измеренные значения толщины, длины и ширины каждого образца (до и после приложения
ударной нагрузки и кондиционирования)
Указать вес образцов, тип используемых весов и точность
Указать условия кондиционирования и результаты
Указать относительную влажность и температуру в испытательной лаборатории
Описать условия, созданные в климатической камере
Указать диаметр наконечника импактора, массу всего импактора и высоту падения.
Результаты неразрушающего контроля, включая метод, спецификацию, изучаемые параметры
Указать геометрию повреждений, положение 8-ми точек, по которым проводят замеры, ширину,
длину, максимальную глубину повреждения
Описать виды повреждений каждого образца
КГТУ им. А.Н.Туполева
18

19. 6. Контрольные вопросы.
6.1 От каких факторов зависят прочностные свойства материалов?
6.2 С какой целью проводятся испытания на удар?
6.3 От каких факторов зависит живучесть композитных конструкций?
6.4 Из каких основных элементов состоит ударный стенд?
6.5 Каким образом должно устанавливаться зажимное
приспособление?
6.6 Какие параметры повреждения измеряются после приложения
ударной нагрузки?
6.7 Что такое «звон» импактора?
6.8 Какими свойствами должны обладать ламинаты?
6.9 Какие параметры необходимо определить до начала испытаний?
6.10 Каким образом определяется глубина вмятины?
КГТУ им. А.Н.Туполева
19