Развитие научных основ проектирования и диагностики углепластиковых композитов на основе исследования взаимосвязи их структуры и динамических характеристик с использованием комплексного расчетно-экспериментального подхода, включающего сканирующую лазерную виброметрию и численное моделирование (заключительный отчет, 2019 г.)

Исследованы образцы из углепластиковых композитов толщиной от 0,5 до 5 мм, содержащие ударные повреждения с энергией удара от 1 до 25 Дж. В ходе выполнения проекта проведена оценка изменения площади повреждения материала в зависимости от приложенной энергии удара. Выполнен экспериментальный анализ влияния конфигурации слоев углепластиковых волокон на степень их устойчивости к ударным повреждениям фиксированной энергии. Экспериментально определена степень устойчивости исследуемых материалов к последовательному циклу ударных повреждений с увеличением и понижением энергии, а также зависимость площади повреждения тонких углепластиковых композитов от энергии нанесенных ударных повреждений при последовательном цикле ударов фиксированной энергии (от 1 до 5 Дж). В результате исследования устойчивости углепластиковых композитов разной толщины (от 1 до 5 мм) к ударным повреждениям с повышением (от 1 до 5 Дж) и понижением (от 5 до 1 Дж) энергии удара получена зависимость изменения площади ударного повреждения от энергии удара и толщины исследуемого композита. В результате анализа расчетных данных, описывающих распространение акустических волн в бездефектных углепластиковых композитах с различной конфигурацией внутренней структуры, установлена взаимосвязь между особенностями распространения акустических волн в композите и его внутренней структурой. В современном CAD/CAE программном обеспечении создана математическая конечноэлементная модель углепластиковых композитов, описывающая их структуру и динамические характеристики. Проведены тестовые расчеты распространения акустических волн в углепластиковых композитах для верификации математической модели на основе полученных экспериментальных данных. На основе расчетных данных установлена взаимосвязь между скоростью, длиной, коэффициентом затухания распространяющейся в углепластике упругой волны с внутренней структурой композитов.