| Инд. авторы: | Eremin N.V. |
| Заглавие: | Analysis of microstructure of laminated polymer composite material of metal composite overwrapped pressure vessel |
| Библ. ссылка: | Eremin N.V. Analysis of microstructure of laminated polymer composite material of metal composite overwrapped pressure vessel // Сибирский журнал науки и технологий. - 2018. - Vol.19. - Iss. 2. - P.346-354. - ISSN 2587-6066. |
| Внешние системы: | DOI: 10.31772/2587-6066-2018-19-2-346-354; РИНЦ: 35213030; |
| Реферат: | rus: Исследована микроструктура слоистого полимерного композиционного материала, применяемого в конст- рукции металлокомпозитного бака высокого давления. Целью исследования являлась оценка параметров, ха- рактеризующих структуру слоистого полимерного композиционного материала. В связи с технологическими и конструктивными особенностями слоистые полимерные композиционные материалы имеют ряд недостат- ков при эксплуатации, которые приводят к снижению общего уровня прочностных характеристик. Из разных зон 9-слойной композитной оболочки металлокомпозитного бака высокого давления было вырезано 4 верти- кальных плоских образца композиционного материала для изготовления шлифов. Исследования проводились с использованием электронно-сканирующей микроскопии. В ходе исследований были получены изображения мик- роструктуры композиционного материала с характерным высоким уровнем контраста между волокном и матрицей. Проведен анализ процентного содержания углеродных волокон в матрице. Определено, что струк- тура слоистого полимерного композиционного материала однородна с наличием разброса расстояний между волокнами. Сравнительный анализ случайных зон микроструктуры композиционного материала указал на то, что разница в процентном содержании углеродных волокон в матрице между образцами, вырезанными с эк- ватора, небольшая, однако имеется существенная разница между образцом, вырезанным с экватора, и образ- цом, вырезанным в зоне фланца. Проведен анализ пористости в композиционном материале. Анализ структу- ры композиционных материалов с различной пористостью показал, что с ростом площади пор и их количест- ва характеристики прочности композитных лент и армирующих волокон уменьшаются. Рассчитаны значения эффективного модуля упругости композиционного материала с использованием «правила смеси» и «полидис- персной модели». Определено, что модуль упругости композиционного материала в зоне фланца композитной оболочки меньше, чем на экваторе. Проведена комплексная оценка качества слоистого полимерного компози- ционного материала, применяемого в конструкции металлокомпозитного бака высокого давления. Полученные результаты неоднородности механических свойств композитной оболочки могут быть использованы при про- ектных расчетах напряженно-деформированного состояния металлокомпозитных баков высокого давления. eng: The microstructure of a layered polymeric composite material used in the construction of a metal composite over- wrapped pressure vessel is investigated. The purpose of this work was to evaluate the parameters characterizing the structure of a laminate polymer composite material. Due to their technological and structural features, laminated polymer composite materials have a number of operational disadvantages that lead to a reduction in the overall level of strength characteristics. From the different zones of the nine-layer composite shell of the metal composite overwrapped pressure vessel, four vertical flat samples of the composite material for the manufacture of thin sections were cut out. The method of electron-scanning microscopy was used. The analysis of the percentage confinement of fibers in the ma- trix was carried out. The structure of the layered polymeric composite material is uniform with the presence of a dis- persion of distances between the fibers. The analysis of porosity in a composite material was carried out. The analysis of the structure of composite materials with different porosity has shown that with increasing pore area and their num- ber, the strength characteristics of composite tapes and reinforcing fibers decrease. Using the “mixture rule” and “polydispersity model”, the values of the effective modulus of elasticity of the composite material are estimated. It is determined that the modulus of elasticity of the composite material in the zone of the flange of the composite shell is less than at the equator. A complex evaluation of the quality of a laminate polymer composite material used in the structure of a metal composite overwrapped pressure vessel was carried out. The obtained results of inhomogeneity of the me- chanical properties of the composite shell are necessary for design calculation of the stress-stain state of metal over- wrapped pressure vessels. |
| Ключевые слова: | модуль упругости; поры; углеродные волокна; микроструктура; composite material; modulus of elasticity; pores; carbon fibers; microstructure; metal composite vessel; металлокомпозитный бак; композиционный материал; |
| Издано: | 2018 |
| Физ. характеристика: | с.346-354 |
| Цитирование: | 1. Композиционные материалы : справочник / В. В. Васильев [и др.] ; под общ. ред. В. В. Васильева, Ю. М. Тарнопольского. М. : Машиностроение, 1990. 512 с. 2. Гуняев Г. М. Структура и свойства полимерных волокнистых композитов. М. : Химия, 1981. 232 с. 3. Кербер М. Л., Виноградов В. М., Головкин Г. С. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология : учеб пособие. СПБ. : Профес- сия, 2008. 560 с. 4. Душин М. И., Донецкий К. И., Караваев Р. Ю. Установление причин образования пористости при изготовлении ПКМ // Труды ВИАМ. 2016. № 6. С. 8. 5. ASTM D3171-15. Standard Test Methods for Con- stituent Content of Composite Materials. ASTM Interna- tional, West Conshohocken, PA, 2015. 6. Гуляев А. И., Исходжанова И. В., Журав- лева П. Л. Применение метода оптической микроско- пии для количественного анализа структуры ПКМ // Труды ВИАМ. 2014. № 7. С. 7. 7. ASTM D2734-16. Standard Test Methods for Void Content of Reinforced Plastics. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2016. 8. ГОСТ 15139-69. Пластмассы. Метод определе- ния плотности (объемной массы) : утв. Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Сове- те Министров СССР от 17 декабря 1969 г. № 1365. Введ. 1970-07-01. 17 с. 9. Гуль В. Е. Структура и прочность полимеров. М. : Химия, 1971. 334 с. 10. Структурно-механические свойства высоко- прочных углеродных волокон / В. Б. Литвинов [и др.] // Композиты и наноструктуры. 2011. № 3. С. 36-50. 11. Механика разрушения. Разрушение материалов : пер. с англ. / под ред. Р. В. Гольдштейна. М. : Мир, 1979. 240 с. 12. Composite material handbook. V. 1. Polymer ma- trix composites guidelines for characterization of struc- tural materials. 2002. 586 p. 13. Еремин Н. В., Москвичев Е. В. Верификация соотношений для расчета толщины композитной обо- лочки металло-композитного бака высокого давления // Конструкции из композиционных материалов. 2017. № 3. С. 3-7. 14. Тарасова Е. С. Исследование механических свойств композитов, армированных углеродными на- нотрубками // Молодежный научно-технический вестник. 2014. № 07. С. 14. 15. Hashin Z., Rosen B. W. Composite Cylinder Asseblage (CCA) // Journal of Applied Mechanics. 1964. Vol. 31. P. 223. 16. Браутман Л., Крок Р. Композиционные мате- риалы. Т. 6. Поверхности раздела в полимерных ком- позитах / пер. под ред. Г. М. Гуняева. М. : Мир, 1978. 294 с. 17. Москвичев Е. В., Еремин Н. В. Оценка механи- ческих свойств и толщины композитной оболочки металлокомпозитного бака высокого давления // Де- формация и разрушение материалов. 2017. № 12. С. 40-45. |
