Próby zmęczeniowe do testowania kompozytów

Kompozyty wykonane z matrycy polimerycznej wzmocnionej włóknami odegrały ważną rolę w obniżeniu negatywnego wpływu licznych sektorów na środowisko. Ograniczają one masę wielu elementów konstrukcyjnych i systemów, wykazując przy tym doskonałe właściwości mechaniczne.

Coraz częstsze stosowanie FRP w decydujących dla bezpieczeństwa komponentach podkreśla potrzebę zaawansowanych i ścisłych kryteriów testowych i odrzucenia. Finansowany przez UE projekt MIFACRIT położył podwaliny pod budowę zestawu narzędzi metodologicznych przyspieszonych wieloosiowych prób zmęczeniowych o bardzo dokładnych kryteriach odrzucenia. Skupiono się przede wszystkim na jednowarstwowych i wielowarstwowych kompozytach przekładkowych lub stosowych przeznaczonych dla przemysłu astronautycznego.

Wieloosiowe obciążenie próbne to, jak sama nazwa wskazuje, obciążenie więcej niż jednej z trzech osi w kartezjańskim układzie współrzędnych. Do niedawna większość dyskusji dotyczących obciążenia cyklicznego zakładało obciążenie jednoosiowe. Jednak w rzeczywistości wiele systemów, takich jak wały obrotowe i liczne komponenty motoryzacyjne i lotnicze, doświadczają wieloosiowych naprężeń cyklicznych.

Projekt MIFACRIT zajął się tym zagadnieniem w kontekście FRP. Jego mocną stroną jest wzajemna zależność między rozległym przeprowadzaniem doświadczeń a zaawansowanymi symulacjami liczbowymi wykorzystującymi metody z dziedziny mechaniki uszkodzeń i pękania.

Testy materiałowe objęły charakterystykę lepkosprężystości podczas stałego odkształcania i testy naprężeń podczas obciążenia cyklicznego. Zarówno parametry temperatury, jak i częstotliwości były zmienne. Dwustopniowe modelowanie matematyczne wyjaśnia zarówno opisy lokalne, jak i globalne. Wyniki symulacji porównano do wyników eksperymentalnych w powtarzalny sposób, aby precyzyjnie dostroić modele. Określono wartości progowe dla różnych kryteriów.

W projekcie MIFACRIT opracowano procedurę wychwytywania właściwości elastycznych i właściwości defektów i uszkodzeń FRP poprzez ewaluację efektów mechanicznych w mikrostrukturze w różnych warunkach obciążenia. Dalsza optymalizacja zwiększy niezawodność ocenianych właściwości, zapewniając dokładne prognozowanie okresu życia FRP w warunkach obciążenia wieloosiowego. To z kolei umożliwi szybszą produkcję wysokiej jakości komponentów konstrukcyjnych o decydującym znaczeniu dla bezpieczeństwa.