МЕТОДИКА ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ВЫСОКОПРОЧНЫХ КОМПОЗИТОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ

Аннотация

Предложена и апробирована экспериментальная методика определения прочности при высокоскоростном растяжении высокопрочных композитов, основанная на комбинации модифицированной методики Кольского при сжатии и методики расширяющегося под действием внутреннего давления тонкого кольца из испытуемого материала. Для создания импульсного внутреннего давления, вызывающего расширение и разрыв кольца, используется гидродинамическое нагружение в системе разрезного стержня Гопкинсона при сжатии. Для этого между торцами мерных стержней располагается герметичная полость с жидкостью, передающей сжимающее давление на внутреннюю поверхность кольца. В качестве среды, передающей импульс сжатия с мерных стержней на внутреннюю поверхность тонкостенного кольцевого образца, использовалось машинное масло. Опорный мерный стержень выполняет функцию динамометра, позволяющего на основании зарегистрированного в нем импульса деформации измерить амплитуду развиваемого в масле давления. Поскольку жидкость внутри кольца является практически несжимаемой, измеренное на основании прошедшего импульса напряжение, передаваемое в жидкость, равно развиваемому в ней давлению, которое вызывает осесимметричное расширение кольцевого образца с развиваемым тангенциальным напряжением в теле кольца, приводящим к разрыву высокопрочных армирующих волокон. Максимальное тангенциальное напряжение, которое соответствует максимуму зарегистрированного в опорном мерном стержне прошедшего импульса, можно считать искомым пределом прочности материала композитного кольца при растяжении.
Для оценки работоспособности предложенной методики использовались образцы в виде тонких колец из нескольких слоев углеродных волокон, пропитанных полимерным клеем. Проведены пробные испытания композиционного материала однонаправленного армирования растяжением в направлении волокна. В результате проведенных испытаний кольцевого образца на основании измерения величины прошедшего импульса в опорном мерном стержне получена зависимость от времени развития окружных напряжений в кольце. Максимальное значение тангенциальных напряжений в кольце, соответствующее пределу прочности углеродных волокон на растяжение, составило примерно 2120 МПа. Скорость роста напряжений – 28000 ГПа/c. Совместное использование метода Кольского и метода расширяющегося кольца позволило получить характеристику прочности композиционного материала при растяжении.