Цивилизация
Исследователи Пермского Политеха доказали, что вибрации, которые обычно считаются одной из причин разрушения композитных материалов, могут быть использованы для контроля роста трещин. Такой подход позволяет сделать процесс разрушения стеклопластика более предсказуемым и потенциально повысить безопасность самолетов, ветрогенераторов и скоростного транспорта. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Стеклопластик широко используется в авиации, энергетике и транспорте благодаря сочетанию легкости, прочности и устойчивости к коррозии. Однако у материала есть серьезный недостаток: в условиях сложных и переменных нагрузок в его слоистой структуре постепенно накапливаются микротрещины, которые долго остаются незаметными, а затем приводят к внезапному разрушению.
Ученые ПНИПУ решили выяснить, можно ли сделать процесс разрушения стеклопластика управляемым. В центре внимания оказались крутильные вибрации — именно такие колебания испытывают крылья самолетов в турбулентности, лопасти ветрогенераторов под порывами ветра и корпуса скоростного транспорта.
В лабораторных условиях исследователи смоделировали этапы длительной эксплуатации материала. Образцы стеклопластика сначала подвергли тысячам циклов растяжения, чтобы воспроизвести усталостные повреждения. Даже небольшие трещины резко снижали прочность: образец с дефектом длиной около 5 мм выдерживал нагрузку вдвое меньшую, чем новый материал, а разрушение происходило внезапно и хрупко.
Затем ученые начали медленно растягивать как целые, так и поврежденные образцы, одновременно воздействуя на них контролируемыми крутильными вибрациями. Амплитуда колебаний составляла от 0,2 до 0,6 градуса, а частота — от 5 до 20 герц, что соответствует реальным условиям эксплуатации авиационных и энергетических конструкций.
Результаты показали, что влияние вибраций принципиально различается для новых и повреждённых материалов. Для целых образцов большинство режимов вибрации оказалось вредным: при высоких амплитудах и частотах прочность снижалась примерно на 25%.
«Контролируемые вибрации перераспределяют напряжения в зоне трещины и меняют сам механизм разрушения. Вместо внезапного хрупкого разрыва процесс становится постепенным и предсказуемым, что дает инженерным системам дополнительное время для обнаружения угрозы и безопасной остановки работы конструкции», — пояснил старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ Михаил Третьяков.
Авторы считают, что полученные результаты могут лечь в основу новых подходов к проектированию и диагностике конструкций из стеклопластика, работающих в экстремальных условиях. В перспективе это открывает путь к созданию «умных» систем, которые смогут в реальном времени отслеживать появление микротрещин и автоматически включать стабилизирующие вибрации.
Ранее в России нашли способ повысить безопасность строительства.
