Academic Centrehttps://doi.org/10.22364/mkm.58.6.02
А. В. Игнатова, А. В. Безмельницын, Н. А. Оливенко, О. А. Кудрявцев, С. Б. Сапожников, А. Д. Шавшина
Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия
Прогнозирование саморазогрева стеклопластика при циклическом изгибе
Полный текст: PDF (RUS)
Эффект саморазогрева, обусловленный внутренним трением, — актуальная проблема при проектировании и эксплуатации циклически нагруженных элементов конструкций из стеклопластиков. Вибрация аэрокосмических конструкций с большими амплитудами и высокими частотами, а также ускоренные механические испытания могут привести к повышению температуры композита, деградации механических свойств и преждевременному разрушению. Цель исследования — изучение кинетики саморазогрева стеклопластика при знакопеременном изгибе. Для описания кинетики саморазогрева композита при нормальном конвективном теплообмене разработана малопараметрическая аналитическая модель. Для проверки результатов моделирования разработали оригинальный клиновидный образец и экспериментальную установку. Испытания на циклический изгиб провели при частотах от 10 до 20 Гц и амплитудах перемещений от 4 до 7 мм. Предложенная модель позволяет с приемлемой точностью предсказать зависимость максимальной температуры композита от времени, частоты и амплитуды.
Ключевые слова: стеклопластик, нагружение циклическое, саморазогрев, коэффициент потерь, модели аналитические
Поступила в редакцию 20.04.2022
Окончательный вариант поступил 11.07.2022
A. V. Ignatova, A. V. Bezmelnitsyn, N. A. Olivenko, O. A. Kudryavtsev, S. B. Sapozhnikov, and A. D. Shavshina
Prediction of GFRP self-heating kinetics under cyclic bending
Self-heating effect caused by internal friction is a meaningful problem in design and operation of cyclically loaded structural elements made of fiber-reinforced plastics. Vibrations of aerospace structures with large amplitudes and high frequencies, as well as accelerated mechanical testing can lead to an increase of the composite temperature, degradation of the mechanical properties and premature failure. This research aimed to study the kinetics of GFRP self-heating under reversed bending. A low-parameter analytical model was developed to describe the kinetics of composite self-heating under normal convective heat transfer. The original wedge-shaped specimen and the experimental setup were developed to verify the simulation results. Cyclic bending tests were carried out at the frequencies from 10 to 20 Hz and displacement amplitudes from 4 to 7 mm. The model proposed enables to predict the dependence of the maximum composite temperature on time, frequency, and amplitude with reasonable accuracy.
Keywords: glass fiber-reinforced plastic (GFRP), cyclic loading, self-heating, loss factor, analytical models
Received Apr. 20, 2022 (July 11, 2022)
Перевод статьи на английском языке: Springer