Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка металлополимерного композита интеллектуального типа

Сведения об участнике
ФИО
Акмеев Анвар Рашидович
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Металлургия и металловедение
Тема
Разработка металлополимерного композита интеллектуального типа
Резюме
Произведен анализ металлополимерного композита, состоящего из слоев алюминиевого сплава Д16ЧАТ и углепластика, армированного углеводородной лентой УОЛ- 300. Показано, что наиболее перспективными для получения адаптирующего металлополимерного композита является укладка слоев углепластика в направлении отличного от главной оси. Введение сенсорных элементов в структуру композита «алюминий- углепластик» не снижает адаптационной способности материала. Проведены длительные коррозионные испытания. Показано, что использование интеллектуальных материалов в авиационной технике, позволит получить высокую экономическую эффективность.
Ключевые слова
Металлокомпозит, углепластик, алюминий, коррозия, адгезия, инфоркомпозит, интеллектуальный материал.
Цели и задачи
Разработка «интеллектуального» слоистого композита («алюминий-углепластик»), способного к самоадаптации и самодиагностике при нагружении и не уступающего по уровню конструкционных свойств лучшим отечественным и зарубежным композиционным материалам, используемым в ответственных силовых конструкциях летательных аппаратов.
Введение

Снижение массы и повышение безопасности эксплуатации пассажирских, транспортных и спортивных самолетов – постоянно актуальная техническая проблема. Принципиально новое решение этой проблемы - создание материалов интеллектуального типа, способных информировать о своем состоянии и адаптироваться к нагрузкам, обеспечивая при этом саморазгружение ответственных силовых конструкций и сохранение их работоспособности в критических ситуациях. В передовых странах мира создание «интеллектуальных» материалов считается приоритетной задачей материаловедения, от решения которой зависит конструкторско-технологический облик и технические характеристики изделий техники будущего. 

Методы и материалы

Была выбрана принципиальная структура слоистого композита («алюминий-углепластик») с необходимым уровнем конструкционных характеристик и эффектом адаптации, разработаны методы коррозионной защиты алюминиевых слоев, разработана технология введения в состав композита сенсоров с целью проведения контроля за состоянием деталей при эксплуатации.

Также проводилось исследование механического поведения при нагружении образцов адаптирующегося металлополимерного композита и их коррозионная стойкость.

Описание и обсуждение результатов

Показана принципиальная возможность создания высокопрочного слоистого металлополимерного композита «алюминий-углепластик» интеллектуального типа, способного к самоадаптации и самоконтролю при эксплуатации.

Установлено, что механические характеристики металлокомпозита «алюминий-углепластик» зависят от соотношения толщины слоев металла и углепластика, схемы армирования углепластика и могут быть варьированы в широком диапазоне.

Установлено, что укладка слоев углепластика в направлении отличном от главной оси, позволяет получить самоадаптирующийся композит «алюминий-углепластик», адаптационные свойства которого зависят от прочностных характеристик, объемного содержания, схемы укладки углепластика и степени несбалансированности структуры металлополимерного композиционного материала.

Для удовлетворения требованиям целевой установки работы, выбран и исследован металлокомпозит «алюминий-углепластик» следующего состава:

* два (внешних) слоя алюминиевого сплава Д16чАТ толщиной 0,5 мм;

* слой углепластика, состоящий из 5-ти монослоев слоев, ориентированных под углом 150 относительно главной оси анизотропии (для придания способности к самоадаптации).

Разработаны и исследованы сенсорные элементы, обеспечивающие придание металлополимерному композиту функций самодиагностики:

* для контроля напряженно-деформационного состояния в слоях углепластика предлагается использовать сенсорные элементы на основе углеродных жгутов ЛЖУ-35ВМ (Кр 1,4; Кс- 1,2) и Гранит 40П (Кр – 1,1; Кс – 1,05).

* для контроля напряженно-деформационного состояния композита, а также регистрации появления и роста усталостных трещин в металлических слоях, предлагается использовать сенсорные элементы на основе модифицированного арамидного волокна.

Установлено, что введение в диэлектрические слои металлополимерного композиционного материала армирующих углеродных волокон, в качестве тензорезисторных сенсорных элементов позволяет получить материал, обладающий способностью к самодиагностике и контролю напряженно-деформационного состояния материала или конструкции выполненной с его применением.

Показано, что введение сенсорных элементов в структуру композита «алюминий-углепластик» не снижает его адаптационной способности.

Исследовано механическое поведение композита «алюминий углепластик» при нагружении. Установлено, что при статическом растяжении обеспечивается совместная работа слоев металла и углепластика, уровень механических характеристик опытных образцов металлокомпозита составляет: 820-900 МПа - прочность при растяжении, 87-93 ГПа - модуль упругости, что соответствует уровню свойств лучших отечественных и зарубежных аналогов (Алор Д16/41- ИК, АКМ-1у, ARALL).

Используемые источники
1. Голубкова Т.А., Короткова В.И., Золкина Т.Г., Гладышева Л.В. Концепции и основные принципы конструирования интеллектуальных материалов Технология. Межотраслевой научно-технический сборник. Серия «Конструкции из КМ».-1995.- №2.- с.3-21.
2. Craig C.A. Intelligent Materials// Scientific American.- 1995.-V.273.-№3.- P.154-157.
3. Wada B.K. Fanson J.L. and Crawley E.F. Adaptive Structures// Journal of Intelligent Materials Systems and Structurs.-1990.-V.1.-№2.-P.157-174.

4. Rogers C.F. Intelligent Materials Systems – The Dawn of a New Material Age// Journal of Intelligent Materials Systems and Structurs.-1993.-V.4.-№1.-P.4-12.
5. Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. -М.:МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1998.-513с.
Information about the project
Surname Name
Akmeev Anvar
Project title
Development of metal intellectual type of polymer composites
Summary of the project
The development of "smart" layered composite capable of self-adaptation and self-diagnostics during loading and not inferior to the level of the structural properties of the best domestic and foreign composite materials used in critical power structures of aircrafts.
Keywords
Metal composite, carbon fiber, aluminum, corrosion, adhesion, composite information, intellectual material.