Способ определения влажностного коэффициента расширения листового композиционного материала

 

Способ определения коэффициента влажностного расширения листового композиционного материала относится к области испытательной техники и может использоваться для определения коэффициента влажностного расширения листового композиционного материала. Способ заключается в том, что соединяют образец из исследуемого листового композиционного материала с образцом из неувлажняемого и неокисляемого материала, например из нержавеющей стали, без возможности смещения образцов друг относительно друга, насыщают влагой составной образец, контролируют равномерность объемного насыщения влагой составного образца путем периодического взвешивания, определяют изменение кривизны продольной оси равномерно насыщенного влагой образца и по изменению влагосодержания и кривизны продольной оси определяют коэффициент влажностного расширения композиционного материала. Способ обеспечивает повышение точности определения коэффициента влажностного расширения в 1,5-2 раза, а также уменьшение расходов на подготовку и проведение испытаний в 2-3 раза. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности способам и средствам определения влажностного коэффициента расширения листового композиционного материала.

Область применения - авиастроение, машиностроение, атомная энергетика и др.

При пребывании во влажной окружающей среде элементов конструкций происходит поглощение его влаги через поверхности и повышение влагосодержания конструкции в целом. Содержание влаги в композиционном материале, как правило, выражается количеством процентов увеличения его веса за счет поглощения влаги по сравнению с сухим материалом.

Влагонасыщение материала сопровождается изменением размеров элементов конструкций, т.е. имеет место влажностное расширение. При стеснении влажностных деформаций за счет неравномерного распределения влаги по сечению или соединения материалов с различными влажностными коэффициентами расширения возникают влажностные напряжения. Эти напряжения, складываясь с температурными напряжениями и напряжениями от внешних нагрузок, могут влиять на прочность конструкции из композиционных материалов и приводить к преждевременному ее разрушению.

Для расчета деформаций и напряжений в конструкциях из композиционных материалов при влагонасыщении необходимо знать с достаточной точностью величины влажностных коэффициентов расширения.

Предлагаемый способ определения влажностного коэффициента расширения листового композиционного материала аналогов не имеет.

Задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы обеспечить определение с высокой точностью влажностного коэффициента расширения листового композиционного материала, сократить эксплуатационные расходы на подготовку и проведение измерений.

Технический результат достигается широким диапазоном измеряемых деформаций образцов, высокой точностью определения влагосодержания и измерения изгибных деформаций.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе соединяют образец из исследуемого листового композиционного материала с образцом из неувлажняемого и неокисляемого металлического материала без возможности смещения образцов относительно друг друга, насыщают влагой составной образец, контролируют равномерность объемного насыщения влагой композиционного материала путем периодического взвешивания составного образца, определяют изменение кривизны продольной оси равномерно насыщенного влагой составного образца, а влажностной коэффициент расширения листового композиционного материала определяют по изменению влагосодержания и кривизны продольной оси составного образца.

На чертеже представлена конструктивная схема составного образца при насыщении влагой композиционного материала.

Способ осуществляется следующим образом.

Соединяют образец 1 из высушенного листового композиционного материала толщиной _к с образцом 2 из листового влагоненасыщенного и неокисляемого металлического материала толщиной _м , например из нержавеющей стали с упором 3 без возможности смещения образцов относительно друг друга. Соединение может быть осуществлено, например, механически при помощи резьбовых игольчатых крепежных элементов 4 диаметром 0,5-1,5 мм. Устанавливают сборный образец в приспособление 5. Измеряют на измерительном микроскопе начальную кривизну продольной оси образца. Определяют начальный вес сборного образца с приспособлением. Помещают сборный образец в климатическую камеру, обеспечивающую длительную выдержку заданного уровня влажности окружающей среды, и производят влагонасыщение образца. В процессе влагонасыщения образца уровень влажности окружающей среды в климатической камере поддерживается постоянным автоматически. Через определенные промежутки времени составной образец взвешивают и по изменению веса образца контролируют момент достижения предельного равномерного объемного насыщения влагой образца листового композиционного материала. Затем определяют изменение кривизны продольной оси равномерно насыщенного влагой составного образца.

Для измерения перемещений целесообразно применять измерительный микроскоп типа УИМ-23, обеспечивающий на базе длины образца 150-200 мм измерение перемещений с абсолютной погрешностью не более 1-1,5 мк.

Зная изменение влажности образца H , значение коэффициента Ф, характеризующего изменение кривизны продольной оси композиционного материала в составном образце, коэффициент , учитывающий геометрические размеры и жесткость металлического и композиционного образцов, определяют влажностной коэффициент расширения композиционного материала _к по формуле .

Повышение точности определения влажностного коэффициента расширения листового композиционного материала достигается за счет того, что измерение перемещений производится в направлении, перпендикулярном продольной оси образца, где величины перемещений на несколько порядков больше, чем увеличение длины образца l вдоль продольной оси.

Кроме того, применение данного способа обеспечивает экономию расхода дефицитных материалов, затрат на оборудование и энергетику.

Формула изобретения

1. Способ определения влажностного коэффициента расширения листового композиционного материала, включающий соединение образца из исследуемого листового композиционного материала с образцом из неувлажняемого и неокисляемого металлического материала без возможности смещения образцов друг относительно друга, насыщение влагой составного образца, контроль равномерности объемного насыщения влагой композиционного материала путем периодического взвешивания, определение изменения кривизны продольной оси равномерно насыщенного влагой составного образца и расчет влажностного коэффициента расширения листового композиционного материала по формуле где H - изменение влажности материала; Ф - коэффициент, характеризующий изменение кривизны продольной оси составного образца; коэффициент, учитывающий геометрические размеры и жесткость металлического и композиционного образцов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве неувлажняемого и неокисляемого металлического материала выбирается нержавеющая сталь.

РИСУНКИ

Рисунок 1