Перспективные композиты XXI века на основе органических и неорганических полимеров и новые металлические сплавы, приоритетные технологии, структура, свойства

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОМПОЗИТЫ XXI ВЕКА НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ И НОВЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ СПЛАВЫ, ПРИОРИТЕТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА

АНАЛИЗ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩЕГО ПРИ НАГРУЖЕНИИ КОМПОЗИТОВ

Т.М. Черникова, В.В. Иванов, В.И. Климов, Е.А. Михайлова

Кузбасский государственный технический университет, г. Кемерово

Известно, что при разрушении различных материалов возникает импульсное электромагнитное излучение (ЭМИ), генерируемое образующимися трещинами. В настоящее время на основе исследования импульсного электромагнитного излучения, возникающего при нагружении, изучается процесс разрушения, который имеет большое значение при решении задач прочности и долговечности конструкций из композиционных материалов [1].

Реализация потенциальных возможностей импульсного электромагнитного излучения как средства диагностики и кинетики разрушения композиционных материалов сдерживается отсутствием общего подхода к изучению связи характеристик повреждаемости материала с параметрами ЭМИ. Однако методу ЭМИ присущи новые подходы, заключающиеся в непосредственной оценке влияния дефекта на прочность контролируемого объекта [1,2], основанной на том, что если дефект развивается, то он излучает импульс и можно определить момент достижения трещиной критического размера, то есть фактически контролировать ход процесса.

В настоящее время среди различных теорий прочности материалов выделяется кинетическая теория разрушения, разрабатываемая с 50-х гг. ленинградской научной школой во главе с С.Н. Журковым. Согласно этой теории разрушение рассматривается как необратимый процесс накопления субмикро- и микротрещин, возникающих в результате термофлуктуационных разрывов межатомных связей в механически напряженном материале.

Основываясь на положениях кинетико-статистической модели разрушения: кинетического уравнения прочности твердых тел С.Н. Журкова, вытекающего из него уравнения для скорости трещинообразования, условия необратимости накопления трещин и концентрационного критерия разрушения твердых тел [1,2], по параметрам импульсного электромагнитного излучения можно определять кинетические константы материала и проводить контроль разрушения.

Целью данной работы является экспериментальное исследование импульсного электромагнитного излучения, возникающего при разрушении композиционных материалов.

В качестве объектов исследования использовались фенопласты, композиционные материалы на основе фенолоформальдегидных смол. Перечень исследованных материалов приведен в табл.1.

Таблица 1

Исследованные композиционные материалы

Для проведения измерений образцы приготавливались партиями по 10 штук прессованием (П) и литьевым способом с веерным (ЛВ) или торцевым (ЛТ) заполнением формы. Образцы имели вид прямоугольной призмы с размерами 10х10х15 мм³ . Образцы испытывались в условиях одноосного сжатия при увеличении нагрузки с постоянной скоростью.

Исследования проводились на установке, позволяющей в процессе всего эксперимента регистрировать количество импульсов, амплитуду сигналов, приложенную нагрузку, наблюдать форму сигнала [1].

Импульсное электромагнитное излучение наблюдается у композиционных материалов всех рассматриваемых в работе видов практически от начала нагружения. Типичные кинетические кривые накопления числа импульсов для фенопластов приведены на рисунке. Простейший качественный анализ кинетических кривых показывает, что образцы фенопластов ведут себя по-разному .

В одном случае на начальном этапе нагружения происходит медленное накопление числа импульсов (микроповреждений структуры), а затем их количество резко нарастает (рис., Э39). В другом случае (рис., Ж13) число сигналов ЭМИ нарастает практически с постоянной скоростью вплоть до момента разрушения образца. Иногда наблюдается период медленного накопления количества импульсов перед разрушением. Возможны случаи, когда кинетическая кривая накопления импульсов имеет ступенчатый характер (рис., Э10).

Кинетика накопления импульсов ЭМИ при сжатии фенопластов

Для рассматриваемых фенопластов на характер кинетических зависимостей влияет такой фактор, как технология изготовления. Для образцов, изготовленных прессованием, характерно более равномерное в течение всего времени накопление числа повреждений, в то время как для образцов, изготовленных литьем, резкое нарастание числа повреждений происходит непосредственно перед разрушением.

Возникновение импульса ЭМИ обусловлено зарождением трещины, а форма сигнала определяется кинетикой её прорастания.

При нагружении образцов фенопластов