ЦИАМ получил патент на устройство для высокотемпературных испытаний плоских образцов из композитов

Запатентованное устройство, разработанное специалистами Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»), существенно расширяет арсенал функциональных возможностей ученых по определению упругих и прочностных характеристик материала при проведении высокотемпературных испытаний плоских образцов из керамических и композиционных материалов, в том числе при знакопеременных нагрузках.

Сегодня возможность применения инновационных материалов в авиастроении – предмет для исследований во всем мире. Ввиду сложности физико-химического состава и анизотропии свойств керамических и композиционных материалов ученым приходится генерировать нестандартные подходы к изучению их особенностей. Испытания дают специалистам относительно ясную картину по таким упругим характеристикам композитов, как модуль упругости, модуль сдвига, коэффициенты Пуассона в разных направлениях. Однако существующие нормативные документы и технические решения для испытаний плоских образцов из композитов при высокой температуре все еще существенно ограничивают возможности ученых в получении полного перечня их упругих характеристик.

Одна из главных особенностей нового устройства, разработанного в ЦИАМ, заключается в надежности крепления опытного образца в осевом направлении, выполненного в виде охлаждаемых захватов с пазами типа «ласточкин хвост», что позволяет проводить испытания в том числе при знакопеременных нагрузках. Нагреватели в нем расположены соосно с захватами и образуют открытую центральную зону для доступа к рабочей части испытуемого образца. Это дает возможность использовать бесконтактные системы измерения деформации для определения упругих характеристик материала.

– Ввиду особенностей свойств композиционных материалов, представляющих собой ортотропное, трансверсально-изотропное или анизотропное тело (с разностью свойств), мы сталкиваемся с серьезными сложностями при определении модуля его сдвига, ведь измерение полей деформаций требуется проводить одновременно в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, – поясняют авторы разработки, специалисты отделения «Динамика и прочность авиационных двигателей».

Вторым оригинальным решением, повышающим точность и качество исследований, стало использование инновационной конструкции оптических средств для контроля полей деформаций. Новый подход открывает исследователям беспрепятственный доступ к открытой центральной рабочей зоне испытуемого образца. Такое решение обеспечивает возможность одновременного измерения полей деформаций в разных направлениях и плоскостях, которые необходимы для определения модулей сдвига и коэффициентов Пуассона.

Таким образом, подход, сгенерированный научным коллективом ЦИАМ, позволяет комплексно решать проблемы определения полей деформаций при высоких температурах во время испытаний образца на растяжение, в результате повышается точность определения ряда исследуемых параметров.

Изобретение уже частично применяется в работе при проведении испытаний по определению упругих характеристик материалов.