Исследование трещиностойкости углерод-углеродных композиционных материалов фрикционного назначения

Одной из динамично развивающихся областей применения углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ) являются авиационные тормозные диски. К материалам, эксплуатирующимся в авиационных тормозных системах, предъявляются высокие требования по трещиностойкости, ударной вязкости и сопротивлению циклическим нагрузкам.

В рамках настоящего исследования было изучено влияние технологии изготовления УУКМ с матрицами на базе каменно-угольных и нефтяных пеков на характеристики трещиностойкости и сопротивления распространению трещины с использованием J-интеграла. В процессе испытаний производилась запись диаграмм нагрузка-раскрытие трещины, сигналов акустической эмиссии, а также съемка полей деформации поверхности образца с помощью оптической системы VIC-3D.

Исследование проведено на материалах типа ТЕРМАР-АДФ серийно производимых в РФ и используемых в тормозных системах семейства ТУ.

Параметры трещиностойкости получены в ходе испытаний на трехточечный изгиб образцов с надрезом и использованием датчика раскрытия трещины консольного типа. Размер образцов 70х10х10, база испытаний 60 мм, скорость испытаний 0,5 мм/мин. В качестве концентратора напряжения выступали надрезы шириной 0,25 мм. Соотношение глубины надреза (l0) к толщине образца (b) составляет 0,35-0,5.

Значения J1c определены методом CMOD по стандарту ASTM E1820-01. Для материала ТЕРМАР-АДФ получены значения интеграла J1c по осевому направлению порядка 1,31±0,38 кДж/м2, а по радиальному направлению – 1,52±0,20 кДж/м2.

Анализ напряженного состояния у вершины надреза по данным цифровой оптической системы высокого разрешения VIC-3D показал, что у вершины трещины реализуется плоско-деформированное напряженное состояние, что сопровождается значительно большей концентрацией напряжений у вершины надреза. В момент, предшествующий старту трещины, напряжения в материале перед фронтом трещины в 2,5–3 раза превышают предел прочности при растяжении.