Разработка ученых Пермского Политеха улучшит 3D-ткани для самолетов

Сегодня в авиастроении часто используют полимерные композиционные материалы, но они со временем склонны к расслоению.

Изучение процессов деформирования и разрушения позволит сделать современные самолеты более долговечными и надежными.

Ученые Пермского Политеха впервые провели комплексные испытания таких композитов на прочность. Многослойные углеродные ткани объемного плетения используют в качестве армирующего материала углепластиков. Они работают в сложных и жестких условиях – при воздействии высокоскоростных аэродинамических потоков, вибрации и высоких температур. Например, эти материалы применяют в производстве «черного крыла» самолета МС-21.

— Традиционные полимерные композиты в ряде случаев не всегда могут обеспечить необходимую прочность: материал может со временем расслаиваться. Чтобы избежать этого недостатка, используют 3D-ткани – материалы с пространственно-армированными наполнителями. Но при этом могут изменяться другие важные свойства таких «сложных» композитов. Поэтому мы провели комплексный анализ механических характеристик 3D-тканей, чтобы выявить их «слабые места». Это позволит в будущем сделать самолеты более прочными и долговечными, — рассказывает научный сотрудник Центра экспериментальной механики, кандидат физико-математических наук Елена Струнгарь.

Ученые впервые провели всестороннее исследование механических характеристик композитов на основе углеволокна и эпоксидного связующего. С помощью современного оборудования Центра экспериментальной механики Пермского Политеха они изучили процессы деформирования и разрушения материалов различных схем армирования.

В ходе эксперимента ученые испытывали 3D-ткани с разными типами переплетения: изучали способность материала выдерживать разрывы, скручивания, сжатия и удары. После каждого эксперимента ученые анализировали данные, полученные на лабораторных установках, записи видеосистемы и искали под стереомикроскопом повреждения. В результате исследователи получили карты «слабых мест» 3D-тканей – областей, на которых скапливалось больше всего дефектов после внешних воздействий.

Исследование проведено при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований. Его инициатором выступило одно из промышленных предприятий Пермского края, которое уже внедрило результаты в производство.