Ультразвуковые полностью реверсированные осевые испытания для изучения усталости композитных материалов в режиме очень большого числа циклов

Для исследования реакции на усталость в режиме очень большого числа циклов (VHCF) углеродных тканых ламинатов применяются полностью реверсированные ультразвуковые испытания. Проведена калибровка тензометрических датчиков для исключения наличия посторонних мод. Встроенное оптическое волокно измеряет внутреннее увеличение температуры. Отказ образцов «песочные часы» наблюдался в диапазоне 10^6–10^9 циклов и при напряжениях 90–155 МПа. В настоящей работе показана реализуемость осевых ультразвуковых испытаний для изучения полностью реверсированной усталостной реакции композитных материалов в режиме VHCF. Испытания VHCF выполнялись на образцах «песочные часы» из тканой ткани твилл 2×2 с углеродным волокном, пропитанной эпоксидной смолой, со схемами укладки слоев [0]8 и [0/90/+45/−45]s, спроектированных с использованием модального анализа по методу конечных элементов (FE). Распределение напряжений внутри образца и отсутствие потери устойчивости сначала определялись посредством широкой кампании с тензодатчиками, что позволило верифицировать модель FE. Поскольку температура является ключевой проблемой в ультразвуковых испытаниях, прирост температуры в композитном образце исследовали с помощью встроенного оптоволоконного датчика и контролировали во время испытаний при помощи инфракрасного сенсора. С предложенной экспериментальной установкой проведены полностью реверсированные ультразвуковые испытания до 10^9 циклов, и анализ отказов двух исследованных типов образцов выполнен путем сопоставления мест возникновения отказа с распределениями напряжений.