к.т.н. Шмидт И.В., д.т.н. Дьяконов А.А.

Южно-Уральский государственный университет, Россия

Определение модуля упругости
конструкционных композитных материалов

Определение модуля Юнга E для полимерно-композитных материалов (ПКМ) производилось методом анализа частот собственных колебаний этого материала по методике описанной С.Б. Сапожниковым [1, 2]. Экспериментально определялся спектр частот собственных колебаний образца из ПКМ (рис. 1) путем измерения виброускорений акселерометром (малогабаритный микрофон Х98), установленным на расстоянии 20 мм от места закрепления образца (рис. 2). Сигнал акселерометра записывался через звуковую плату персонального компьютера в цифровой WAV–файл с помощью пакета Nero-WaveEditor. Полученный сигнал подвергался Фурье-преобразованию (пакет PowerGraph) для анализа спектрального состава и регистрации частоты колебаний первого тона. Пример полученного спектра частот собственных колебаний образца из композитного материала Belzona 1111 представлен на рис. 3.

Рис. 1. Испытываемый образец (b=10 мм, h=5 мм, L=160 мм)	Рис. 2. Схема установки образца (1 – образец; 2 – акселерометр)

В расчетной части с помощью пакета ANSYS Workbench был выполнен анализ собственных форм и частот колебаний. Для этого в CAD системе 3-D моделирования SolidWorks создавалась твердотельная модель испытываемого образца. Модуль Юнга определялся методом подбора с помощью модального анализа в модуле ANSYS Workbench, принимая коэффициент Пуассона ν=0,15. На рис. 4 представлены результаты модального анализа – первая (а) и вторая (б) формы собственных колебаний образца из ПКМ Belzona 1111 для спектра частот, представленных на рис. 3. В результате анализа определено, что полученные частоты данного образца соответствуют модулю упругости Е=9000 МПа.

Полученные таким образом модули упругости для разных марок конструкционных композитных материалов сведены в таблицу.

а) первая форма	б) вторая форма
Рис. 4 Формы собственных колебаний исследуемого образца (ПКМ Belzona 1111)

Таблица

Модули упругости композитных материалов

№ п/п	Марка композитного материала	Модуль упругости, Е, МПа
1	Belzona 1111	9000
2	Belzona 1311	10000

Окончание таблицы

№ п/п	Марка металлополимера	Модуль упругости, Е, МПа
3	Belzona 1321	7500
4	Diaman Multumetall Stahl 1361	14000
5	Diamant Multimetall Ceramic FL	2000
6	Devcon Titanium Putty	2500
7	Devcon Stainless Steel Putty ST	5500
8	MM–metal SS–steel 381	15600
9	MM–metal SS–steel	11600

Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента РФ № МК-873.20014.8.

Литература:

1. Сапожников, С.Б. Экспериментальное и численное исследование колебаний тонкостенной оболочки, заполненной вязкоупругой жидкостью / С.Б. Сапожников, Е.Я. Фот, В.В. Мокеев // Известия ЧНЦ УрО РАН, 2004. – № 4. – C. 66–70.

2. Сапожников, С.Б. Экспериментальное исследование демпфирования колебаний тонких оболочек слоистыми покрытиями / С.Б.Сапожников // Известия ЧНЦ УрО РАН, 2007. – № 1. – С. 90–93.