ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МІЦНОСТІ

ім. Г. С. Писаренка НАН України

На правах рукопису

БОГОМОЛОВ Анатолій Васильович

УДК 620.17:620.05:539.413

МЕТОДИ ВИПРОБУВАНЬ ТА МІЦНІСТЬ НЕМЕТАЛІЧНИХ ВОЛОКНИСТИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ

ЗА ВИСОКИХ ТЕМПЕРАТУР

05.02.09 - Динаміка та міцність машин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Київ 2004

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Інституті проблем міцності ім. Г. С. Писаренка

НАН України.

Науковий керівник: доктор технічних. наук

Науменко Володимир Петрович, провідний науковий

співробітник Інституту проблем міцності

ім. Г. С. Писаренка НАН України.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук

Кривенюк Володимир Володимирович,

завідувач відділу Інституту проблем міцності

ім. Г.С. Писаренка НАН України;

кандидат технічних. наук

Синайський Борис Миколайович, старший науковий

співробітник Інституту проблем матеріалознавства

ім. І.М. Францевича НАН України.

Провідна організація: Національний авіаційний університет, м. Київ.

Захист відбудеться “17__” червня_________________ 2004 р. о 9.30_____ годині на засіданні спеціалізованої ради Д 26.241.01 при Інституті проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України за адресою: 01014, м. Київ14, вул. Тімірязєвська, 2.

Із дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту проблем міцності ім. Г. С. Писаренка НАН України.

Автореферат розіслано “_13___” травня________________ 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої ради

доктор технічних. наук, професор _____________ Б. С. Карпінос

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Неметалічні волокнисті композиційні матеріали (ВКМ) широко застосовуються в ракетно-космічній, авіаційній техніці, а також в інших передових галузях машинобудування. Із матеріалів цього класу виготовляють конструктиві елементи відповідального призначення, що працюють в екстремальних умовах теплового та механічного навантаження. Матеріали мають високі значення питомої міцності, пружності, термо- та ерозійної стійкості. Конструкції з ВКМ часто відзначаються покращеними показниками технологічності процесів їх виготовлення та ремонту.

Неметалічні ВКМ складаються з поєднаних шарів полімерної матриці та армуючих волокон, що породжує анізотропію їх фізико-механічних властивостей. Завдяки цій особливості армованих пластиків для них характерні унікальні співвідношення між вищевказаними величинами в діапазоні високих температур. У представленій роботі досліджено механічні характеристики неметалічних ВКМ різних класів, які використовуються для виготовлення теплозахисних та силових елементів конструкцій ракетно-космічної й авіаційної техніки. Удосконалення та розробка такої техніки продовжуються на ряді передових підприємств України.

Зв’язок роботи з науковими програмами, темами. Робота виконана:

за темою 1.3.4.223 “Граничний стан композиційних матеріалів та елементів конструкцій в умовах дії високотемпературних експлуатаційних і технологічних факторів”, що затверджена постановою Бюро відділення механіки НАН України № 11 від 09.12.99 р.;

за темою 1.3.4.2 “Дослідження фізико-механічних властивостей і кінетики руйнування металічних та неметалічних композиційних матеріалів з урахуванням дії технологічних та експлуатаційних факторів”, що затверджена постановою Бюро відділення механіки НАН України № 6 від 07.12.95 р.;

за Державною науково-технічною програмою “Перспективні матеріали” ДКНТ СРСР і розпорядженням Президії АН УРСР № 00727 від 11.04.86 р.

Мета роботи: У рамках комплексного підходу до оцінки механічних характеристик неметалічних волокнистих композиційних матеріалів удосконалити існуючі і розробити нові методи випробувань таких матеріалів, створити відповідні експериментальні установки та визначити характеристики міцності неметалічних ВКМ різних класів у широкому діапазоні екстремально високих температур.

Для досягнення цієї мети було поставлено і вирішено перелічені нижче задачі.

1. Обгрунтування необхідності комплексного визначення механічних характеристик неметалічних ВКМ при розтязі, стиску, згині та в умовах зсуву, що забезпечує можливість ефективної оцінки працездатності конструктивних елементів із цих матеріалів.

2. Удосконалення існуючих і розробка нових методів високотемпера-турних випробувань неметалічних ВКМ на розтяг, стиск, згин та зсув.

3. Конструювання та удосконалення серії експериментальних установок і пристосувань для отримання достовірних експериментальних даних про механічну поведінку ВКМ та їх компонентів у діапазоні високих температур.

4. Оцінка можливого впливу великих прогинів на достовірність результатів визначення характеристик міцності при згинанні балочних зразків із неметалічних ВКМ.

5. Практичне опрацювання згаданих вище методів, установок та пристосувань шляхом проведення комплексного експериментального дослідження щодо впливу високих температур на характеристики міцності неметалічних ВКМ різних класів.

6. Аналіз поверхонь руйнування з метою виявлення типових структурних пошкоджень у зразках та опис на якісному рівні механізмів утворення і росту тріщин у ВКМ із позиції їх впливу на несучу здатність конструктивних елементів.

Наукова новизна. Розроблено методику високотемпературних (до 1900 К) механічних випробувань на розтяг тонких крихких волокон (карбідні, оксидні, борні) та методику визначення характеристик опору в умовах зсуву при нагріванні до 3300 К ортотропних стрижнів прямокутного перерізу з урахуванням впливу піддатливості силового ланцюга на результати випробувань.

Створено установку для дослідження параметрів механічної поведінки крихких неметалічних волокон на розтяг в температурному діапазоні 290…1900 К та установку для випробувань при крученні стрижневих зразків із неметалічних композиційних матеріалів у діапазоні 290…3300 К.

На основі точного рівняння теорії згинання отримано аналітичні співвідношення для визначення характеристик міцності за даними випробувань балок із великим прогином. За допомогою цих співвідношень підвищена достовірність визначення величин механічних характеристик вуглепластика за високих температур. Для максимальних прогинів при обчисленні параметрів міцності за стандартною методикою значення напружень занижені на 15%.

Автором проведені комплексні дослідження різних класів композиційних матеріалів. Вони засвідчили високу ефективність розробленої методичної та експериментальної бази та дозволили отримати нові дані про поведінку таких матеріалів в певних умовах навантаження. Зокрема: при температурах 290…1870 К вперше визначено характеристики міцності та деформативність восьми модифікацій багатофазних волокон карбіду кремнію в первинному стані та після термообробки; вперше отримано характеристики міцності в умовах зсуву вуглець-вуглецевих волокнистих композитів в температурному діапазоні 290…3270 К.

Практична цінність Використання запропонованих методик і установок дозволило підвищити температуру випробувань, отримати відсутні дані міцності нових матеріалів та передати їх для впровадження.

Застосування методики для випробувань при згинанні призвело до зростання точності отримуваних механічних характеристик.

В результаті проведених комплексних досліджень щодо впливу температури на характеристики міцності відмічено суттєву різницю між характеристиками опору зсуву при різних схемах згинання, що дозволило підвищити ефективність випробувальних методик.

Визначення міцності вуглепластиків з різними наповнювачами в діапазоні температур 290…2270 К дозволило вибрати матеріал з оптимальними механічними властивостями.

Достовірність. Проведено метрологічну атестацію випробувального обладнання. Виконано статистичну обробку експериментальних даних. Використані чисельні методи обробки результатів на компютері. Залежності характеристик міцності деяких неметалічних ВКМ від температури випробувань зіставляються з даними, наведеними в літературних джерелах. Ці порівняння, а також факт використання результатів даної роботи при створенні відповідальних елементів ракетно-космічної та авіаційної техніки свідчать про достовірність характеристик високотемпературної міцності, що отримані із застосуванням запропонованих експериментальних методик і установок.

Впровадження результатів досліджень. Методики та результати досліджень було використано при проектуванні і аналізі міцності елементів конструкцій ракетно-космічної та авіаційної техніки, при виборі компонентів для нових матеріалів у ДКБ “Південне” (м. Дніпропетровськ); Інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України (м. Київ); НВО “Композит” (м. Корольов Московської обл.); Центральному науково-дослідному інституті спеціального машинобудування Міноборонпрому СРСР (м. Хотьково, Московської обл.). Частковий сумарний одноразовий економічний ефект дисертанта від впровадження цих результатів становить 230 тис. крб. в цінах до 1988 р.

Особистий внесок автора. Автором особисто розроблено методики і установки для визначення механічних характеристик неметалічних ВКМ в умовах зсуву крученням до 3300 К, а також для визначення характеристик пружних волокон при розтязі за високих температур, запропоновано новий варіант розв’язку задачі про вплив великих прогинів на характеристики міцності, отримано і узагальнено результати випробувань згаданих вище матеріалів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на Міжнародній конференції “Third International Congress on Thermal Stresses” (Краків, 1999); Міжнародній конференції “Композиційні матеріали в промисловості” (Київ, 1998); Міжнародній конференції “Конструювання і виробництво виробів із полімерних та металічних композиційних матеріалів” (Київ, 1993); Всесоюзній конференції “Фізико-хімічні аспекти міцності жаростійких неорганічних матеріалів” (Запоріжжя, 1986); ІІ Всесоюзній конференції з композиційних полімерних матеріалів та їх використання в народному господарстві (Ташкент, 1983).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 12 робіт, з яких 7у фахових журналах. У публікаціях зі співавторами автору належать: постановка задачі, розрахунки та аналіз [1, 2, 3]; розробка установки та методика [4,9]; розробка методики, проведення випробувань та аналіз результатів [5]; методика та результати [7]; постановка задачі та розрахунки [8]; представлені результати [6, 10, 11, 12].

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури та додатку. Дисертація викладена на 155 сторінках з урахуванням 36 рисунків і 10 таблиць. До роботи додаються акти про впровадження результатів досліджень.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі висвiтлено стан проблеми, її значущість. Формулюється мета роботи та постановка задачі дослідження. Коротко викладено зміст дисертації з визначенням новизни і практичної цінності отриманих результатів, а також суть наукових положень, що винесено на захист.

У першому розділі розглянуто деякі літературні дані щодо переваг та перспектив промислового використання неметалічних ВКМ, відмічено особливості їх будови і фізико-механічних характеристик.

Проаналізовано відомі види статичних випробувань волокнистих композитів із метою визначення характеристик високотемпературної міцності цих матеріалів. Перераховано труднощі та проблеми, що виникають при застосуванні методів механіки руйнування до цих матеріалів. Проаналізовано похибки результатів випробувань на кручення за високих температур. Обгрунтовано важливість випробувань на згин та вказано на причину похибок,

що виникають при великих прогинах, які характерні для високих температур. На підставі огляду сформульоване завдання дисертаційної роботи.

У другому розділі представлено основні експериментальні методики, установки та пристрої для високотемпературних механічних випробувань.

Описано методику та установку для випробувань на кручення зразків із неметалічних ВКМ при температурах до 3300 К із застосуванням системи високотемпературного радіаційного нагріву. Із метою забезпечення рівномірного розподілу температури роз’ємний нагрівач зі спеціального графіту виконано у формі циліндра з вирізами. Важливими елементами установки є система точного виміру крутного моменту спеціальним охолоджуваним тензометричним датчиком та система виміру кута повороту активного захвату. Клиноподібне кріплення зразка дозволяє уникнути неконтрольованого розвороту прямокутного зразка в захватах із одночасним вiльним поздовжнім зміщенням його при навантаженні та нагріванні. Дослідження проводять в охолоджуваній водою камері в інертному середовищі або вакуумі.

Детально описано методику і установку для дослідження механічних властивостей волокон діаметром 100 мкм із крихких матеріалів при високих температурах. Під час випробувань виникають складності з надійним кріпленням волокна в захватах, оскільки затиснути його відомими способами перегину не вдається. Було розроблено новий тип захватів із комбінованим кріпленням волокна термостійким клеєм на основі алюмо-фосфатної зв’язки з одночасним механічним затисненням. Захвати дозволяють проводити випробування зразків тонкого волокна різної довжини.

У третьому розділі описано удосконалений спосіб врахування піддатливості силового ланцюга при випробуваннях на кручення ортотропних стрижнів із використанням додаткового зразка, поперечний переріз якого відрізняється від основних.

Установлено розрахункові співвідношення для великих прогинів балок при згинанні. Для цього використано аналітичний розвязок точного нелінійного диференціального рівняння теорії згинання, що є функцією відповідних кутів нахилу лінії прогину. При механічних випробуваннях вимірюються не кути нахилу, а величина навантаження та прогин, тому для отримання розрахункових співвідношень виконано суттєві перетворення. Розвязок виконано для триточкової схеми, де балка на двох опорах навантажена зосередженою силою посередині прольоту, та чотириточкової схеми, де згинальний момент отримано від двох рівних симетричних сил. Для триточкової схеми задача зводиться до нелінійного рівняння з одним невідомим, для чотириточкової до системи двох нелінійних рівнянь із двома невідомими. Виявлено, що за умов рівноваги сил для чотириточкової схеми навантаження при великих прогинах у центральній частині зразка відсутній стан чистого згинання.

За допомогою згаданих вище розрахункових співвідношень показано, що без урахування великих прогинів величини отриманих механічних характеристик вуглепластика, армованого тканиною УРАЛ-Н-24 на зв’язуючому ФК , при згинанні по основі й утку на відкритому повітрі до 900 К занижені більш як на 15% (рис. 1).

Рис. 1. Залежність похибки при визначенні міцності вуглепластика при згинанні від величини прогину: основа; уток.

Аналіз результатів випробувань дозволив зробити застереження щодо впливу крайових зон зразка на величини модуля зсуву для ортотропної пластини.

У четвертому розділі представлено результати досліджень механічних характеристик волокон карбіду кремнію, волокнистих композитів, вуглець-вуглецевих матеріалів при розтязі, стиску і крученні за високих температур.

На рис. 2 показано характерні залежності досліджених у діапазоні температур 290…1870 К восьми модифікацій волокон карбіду кремнію в первинному стані та після відпалу при 1570 К. Кількість зразків на точку сягала 10 і більше. Волокна отримували шляхом осаджування карбіду кремнію з газового середовища на вольфрамову підкладку. Для зменшення знеміцнювання від взаємодії карбіду кремнію з вольфрамом в окремих модифікаціях волокон на підкладку осаджували бар`єрний шар атомарного вуглецю товщиною в декілька мікрон. У всьому дослідженому температурному діапазоні діаграма деформування волокна є лінійною, руйнування крихке. Наявність бар`єрного шару на підкладці підвищує механічні характеристики волокон при високій температурі, а також міцність волокна зростає при додатковому травленні зовнішньої поверхні.

Випробування вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів на кручення в діапазоні температур 290…3270 К (рис. 3) виявили характерне для подібних матеріалів явище, коли міцність із підвищенням температури зростає. Це є наслідком зняття температурних залишкових напружень у матеріалі і “заліковування” вістря тріщин піролітичним вуглецем, про що свідчить залежність характеру поверхонь руйнування зразків від температури.

Наведено результати комплексного вивчення впливу температури на характеристики міцності вуглепластика з наповнювачем із вуглецевої тканини УРАЛ-ТР на зв’язуючому ФН при розтязі, стиску, згині та зсуві (рис. 4). Внаслідок різниці зусиль під опорами характеристики міцності за умов зсуву при різних схемах навантаження, тобто при триточковому і чотириточковому згинанні, відрізнялися.

Для більшості типів досліджених вуглепластиків наповнювач із тканини УРАЛ Т-24К забезпечив найвищі фізико-механічні характеристики матеріалу за рахунок кращої адгезії наповнювача з матрицею у температурному діапазоні 290…2270 К в середовищі аргону. Не підтвердилося припущення щодо зниження міцності при стисканні, обумовлене відносно низьким коефіцієнтом Пуассона волокон наповнювача, яке спостерігається для однонаправлених ВКМ, та виникненням через це додаткових розтягуючих напружень.

Досліджено механічні характеристики хаотично армованого короткими кварцевими волокнами неметалічного ВКМ при стисненні в діапазоні

Рис. 2. Залежність міцності модифікацій волокон карбіду кремнію від температури: а вихідні волокна (1 SiC/C, 2 SiC/W, 3 SiC/W + ZrN, 4 SiC/C травленi, 5 SiC багатошаровi травленi, 6 SiC багатошаровi; 7 SiC/W + HfC, 8 SiC/W + ZrC); б після відпалу при 1570 К на протязі 10 годин.

Рис.3. Залежність механічних характеристик вуглець-вуглецевого матеріалу від температури при крученні: Gzx, zx; Gzy, zy.

температур 140…1470 К. До температури 1300 К руйнування зразків проходить у межах декількох шарів матеріалу перпендикулярно до прикладеного зусилля.

Рис. 4. Залежність міцності вуглепластика від температури: розтягання уздовж основи,

B розтягання уздовж утка, стискання уздовж основи, стискання уздовж утка, згинання поперек основи, згинання поперек утка, зсув уздовж основи, максимальне напруження під час зсуву уздовж основи (чотириточкова схема).

При подальшому нагріванні матеріал різко знеміцнюється внаслідок процесу активного відновлення двоокису кремнію домішками феросиліцію та силіцію з матриці.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Удосконалено існуючі і розроблено нові методи експериментального дослідження механічних характеристик неметалічних ВКМ та їх компонентів у екстремально широкому діапазоні високих температур, серед яких найбільш вагомими є :

метод високотемпературних (до 1900 К) випробувань на розтяг тонких крихких волокон (карбідні, оксидні, борні та ін.) зі змінною робочою довжиною зразка;

метод визначення характеристик опору в умовах зсуву при нагріванні до 3300 К ортотропних стрижнів прямокутного перерізу з урахуванням впливу піддатливості силового ланцюга на результати випробувань.

2. На основі методичних розробок створено навантажуючі пристрої, системи нагрівання та вимірів:

установка для дослідження параметрів механічної поведінки крихких неметалічних волокон при розтязі в температурному діапазоні 290…1900 К;

установка для випробувань на кручення стрижневих зразків із неметалічних композиційних матеріалів у діапазоні температур 290…3300 К.

3. На основі точного рівняння теорії згинання отримано аналітичні співвідношення для визначення характеристик міцності за даними випробувань балок із великим прогином. Показано, що при чотириточковій схемі навантаження зразка і великих прогинах у центральній частині відсутній стан чистого згинання. За допомогою цих співвідношень підвищена достовірність визначення величини механічних характеристик вуглепластика при чотириточковому згинанні в умовах високих температур. Для максимальних прогинів при обчисленні параметрів за стандартною методикою значення напружень занижені на 15%.

4. При температурах 290…1870 К вперше визначено характеристики міцності восьми модифікацій багатофазних волокон карбіду кремнію в первинному стані та після термообробки. Волокна мають бар`єрний шар атомарного вуглецю на вольфрамовій підкладці та зовнішнє покриття деяких модифікацій тугоплавкими карбідами та нітридами. Встановлено, що бар’єрний шар підвищує міцність волокна лише за високої температури, при додатковому хімічному травленні зовнішньої поверхні суттєво зростає також міцність волокна при кімнатній температурі. Невідповідність однієї з представлених модифікацій волокон розподіленню Вейбулла спричинена наявністю значних поодиноких дефектів на поверхні волокна.

5. Уперше в діапазоні температур 290…3270 К отримано характеристики міцності в умовах зсуву ортотропного вуглець-вуглецевого волокнистого композиту при крученні прямокутних стрижнів. При нагріванні виявлено перехід від руйнування міжшаровою тріщиною до поперечного руйнування перерізу зразка. Відмічено значний вплив початкових термічних напружень на міцність. Нелінійність діаграми деформування зумовлена зростанням пор у матриці через окислення, яке виникає після 2500 К.

6. Встановлено вплив типу наповнювача з графітизованої тканини на механічні характеристики вуглепластика при розтяганні в діапазоні температур 290… 2270 К. Наповнювач Урал Т-24К забезпечив більш високі фізико-механічні характеристики матеріалу за рахунок кращої адгезії з матрицею у всьому дослідженому діапазоні.

7. Визначено механічні характеристики при стисканні хоатично армованого волокнистого композиційного матеріалу типу кварцевої кераміки в діапазоні температур 140…1470 К. До 1300 К руйнування зразків проходило у межах декількох шарів матеріалу перпендикулярно до напрямку діючих зусиль. При подальшому нагріванні матеріал різко знеміцнюється внаслідок активного відновлення двоокису кремнію домішками феросіліцію з матриці.

9. Проведено порівняння результатів комплексного експериментального дослідження щодо впливу температури на характеристики міцності вуглепластика при розтяганні, стисканні, згинанні та в умовах зсуву. Спостерігалась суттєва різниця між характеристиками опору під час зсуву при різних схемах згинання.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

АНОТАЦІЯ

Богомолов А.В. Методи випробувань та міцність неметалічних волокнистих композиційних матеріалів при високих температурах рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 динаміка та міцність машин. Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренка НАН України, Київ, 2004.

Розроблено методику дослідження механічних характеристик при розтязі тонких волокон із крихких матеріалів та методику визначення фізико-механічних характеристик ортотропних композитів в умовах зсуву крученням стрижнів прямокутного перерізу до 3300К. Створено установку для дослідження механічних характеристик при розтязі неметалічних волокон при температурах 290…1870 К та установку для визначення фізико-механічних характеристик неметалічних композиційних матеріалів при крученні в діапазоні температур 290…3300 К. Отримано розрахункові співвідношення для великих прогинів при випробуваннях на згин. Визначено величини характеристик міцності волокнистих композитів при різних видах випробувань. Основні результати роботи використано при розробці нових неметалічних ВКМ, а також при аналізі міцності конструкцій нової техніки.

Ключові слова: неметалічний волокнистий композиційний матеріал, високотемпературна міцність, анізотропія, основа, уток, адгезія, великі прогини, нелінійне рівняння, розподіл Вейбулла.

АННОТАЦИЯ

Богомолов А.В. Методы испытаний и прочность неметаллических волокнистых композиционных материалов при высоких температурах рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.09 динамика и прочность машин. Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины, Киев, 2004.

Разработана методика исследования высокотемпературных механических свойств при растяжении тонких упругих волокон и методика определения физико-механических характеристик при сдвиге кручением стержней прямоугольного сечения из ортотропных композитов до 3300К с учетом податливости силовой цепи. Важность сдвиговых испытаний для этих композитов обоснована анизотропией свойств и наличием чувствительной к температуре протяженной линейной границы волокна с матрицей, которая находится под влиянием сдвига, несмотря на обычное соответствие между направлением армирования материала с направлением главных напряжений. Создана установка для исследования механических свойств при растяжении неметаллических волокон при температурах 290…1870 К и установка для определения физико-механических характеристик неметаллических композиционных материалов при кручении в диапазоне температур 290…3300 К. Получены расчетные соотношения для больших прогибов при испытаниях на изгиб. Показано, что в центральной части образца при четырехточечной схеме нагружения и больших прогибах отсутствует состояние чистого изгиба. Оказалось, что для исследованных при нагреве по схеме четырехточечного изгиба углепластиков при максимальных прогибах значения напряжений занижены более чем на 15%. Получены физико-механические характеристики ортотропного углерод-углеродного материала при кручении прямоугольных стержней в диапазоне температур 290…3270 К. Отмечено влияние начальных термических напряжений на прочность. Нелинейность диаграммы деформирования появляется при снижении эффективности нагружения волокон вследствие роста пор в матрице и становится существенной после 2500 К. Впервые исследованы механические свойства многофазных волокон карбида кремния в диапазоне температур 290…1870 К в исходном состоянии и после термообработки. Исследованы высокотемпературные характеристики прочности волокнистых композитов при различных видах испытаний. При испытаниях на изгиб величины сопротивления сдвигу при разных схемах изгиба отличались из-за различий в усилиях под опорами. Основные результаты работы использованы при анализе прочности конструкций новой техники.

Ключевые слова: неметаллический волокнистый композиционный материал, высокотемпературная прочность, анизотропия, основа, уток, адгезия, большие прогибы, нелинейное уравнение, распределение Вейбулла.

SUMMARY

Bogomolov A. V. Test Methods and Strength of Nonmetallic Fibrous Composite Materials at High Temperatures.

The thesis to be defended comprises the test methods developed and the results of investigations into mechanical properties of nonmetallic fibrous composite materials and their components at high temperatures. A test setup has been designed for studying mechanical properties of nonmetallic fibers in tension at temperatures of 290-1870 K, as well as a setup for determining physicomechanical characteristics of nonmetallic composite materials in torsion in the temperature range from 290 to 3300 K. A procedure has been developed to study high-temperature mechanical properties of thin elastic fibers in tension and a method of determining shearing mechanical characteristics in torsion of rods of a rectangular cross-section from orthotropic composites up to 3300 K. Calculation relationships have been obtained for large deflections in bending tests. Investigations have been performed into high-temperature characteristics of strength of fibrous composites and fibers in tests of various types. The main experimental results obtained have been used in strength analysis for structures of present-day engineering.

Key words: nonmetallic fibrous composite material, matrix, high-temperature