автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Разработка экспресс-метода контроля разрушения композитов для экспертной оценки и прогноза ресурса долговечности при различных режимах нагружения

гтз од

2 Ц НОП '.»о?

На правах рукописи

Черникова Татьяна Макаровна

РАЗРАБОТКА ЭКСПРЕСС-МЕТОДА КОНТРОЛЯ РАЗРУШЕНИЯ КОМПОЗИТОВ ДЛЯ ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗА РЕСУРСА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ НАГРУЖЕНИЯ

Специальность 05.11.13. - приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул 1997

Работа выполнена в Кузбасском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

В.В. Иванов

Научный консультант: кандидат химических наук, доцент

В.И. Климов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

М.М. Горбов,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник A.B. Шадрин

Ведущая организация: Институт химии углеродных матери-

алов (ИХУМ СО РАН, г. Кемерово)

Защита состоится лЛЗп. 1997 г. в часов

на заседании специализированного совета К064. 29.01, действующего при Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета

Ваш отзыв в 1 экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 656099, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46

Автореферат разослан 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор

В.И. Замятин

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время в различных отраслях промышленности широко применяются композиционные ' материалы [ 1]. Принципиально важными свойствами композитов' ■ являются их низкий удельный вес, жесткость и высокая прочность по сравнению с друг ими материалами. Применение композитов в условиях повышенного влияния разрушающих факторов (например, в шахтах, рудниках, в качестве конструкционных материалов) приводит к необходимости исследования прочностных характеристик этих веществ для предсказания их ресурса долговечности. С этой целью в практике промышленных предприятий и исследовательских лабораторий широкое распространение* получили различные неразрушающие методы контроля материалов. Однако к ряду изделий и условий нагружения не всегда возможно применение существующих методов. Для композиционных материалов практически не разработан как теоретически, так и экспериментально метод, основанный на регистрации импульсного электромагнитного излучения (ЭМИ), возникающего при распространении трещин, хотя необходимость в бесконтактном неразрушающем методе весьма велика.

С этой точки зрения разработка метода контроля и прогноза долговечности на основе ЭМИ является актуальной задачей, так как способствует изучению процессов разрушения композиционных материалов, а также может быть использована для оперативного определения кинетических характеристик прочности и долговечности на стадии изготовления и испытания композитов.

Идея работы - применение закономерностей импульсного электромагнитного излучения для определения кинетический констант разрушения, параметров трещин и прогноза долговечности композиционных материалов.

Цель работы - разработка экспресс-метода контроля и прогноза ресурса долговечности композитов на основе импульсного ЭМИ.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать теоретическую модель формирования очага разрушения и импульсного электромагнитного излучения в композиционных" материалах.

2. Исследовать кинетику, статистику и характеристики ЭМИ при различных режимах нагружения композиционных материалов.

3. Разработать экспресс-метод контроля и прогноза ресурса долговечности композитов при различных режимах нагружения.

Методы исследования:

- анализ и обобщение работ по методам исследования кинетики разрушения композиционных материалов;

-использование кинетико-статистической модели разрушения композиционных материалов, построенцрй на основе кинетической, концепции прочности С.Н. Журкова; .

- экспериментальные исследования разрушения композитов. по параметрам импульсного электромагнитного излучения, генерируемого при возникновении и прорастании трещины;

- проведение статистической обработки результатов наблюдения электромагнитной эмиссии на ЭВМ.

Научные положения, представляемые к защите

1. Кинетико-статистическая модель формирования очага разрушения и электромагнитного излучения в композиционных материалах, включающая в себя статистику Херста, условие необратимости. разрушения Бейли, кинетическое уравнение для скорости трещинообразования и концентрационный критерий разрушения, адекватна реальному процессу накопления повреждений и позволяет находить достоверные значения энергии активации разрушения в наиболее слабых звеньях структуры композитов и структурно-чувствительный коэффициент, которые определяют долговечность композитов в различных режимах эксплуатации.

2. Импульсное электромагнитное излучение при нагружении композитов объясняется возникновением заряда в вершине движущихся трещин. Наибольший вклад в электризацию трещин вносят механизмы контактной электризации, пьезоэффект и дилатаци-онное взаимодействие точечных дефектов структуры с неравновесным полем механических напряжений движущейся трещины.

3. Размер образующихся трещин пропорционален времени нарастания фронта отдельных импульсов ЭМИ и скорости их распространения.

4. Количество импульсов ЭМИ соответствует числу образую-: щихся трещин и ограничивается концентрационным порогом разрушения при любых рекимах нагружения, что позволяет определять энергию активации разрушения композитов и активационный объем.

5. Процесс накопления повреждений подчиняется статистике Херста с показателем Н > 0,5. Начало хаотического изменения показателя Херста характеризует переход от устойчивой стадии эво- " люции очага разрушения на стадию образования крупных трещин, приводящих к разрыву образца.

Научная новизна работы:

- разработана теоретическая модель очага разрушения, позволяющая определять энергию активации разрушения, активационный объем и рассчитывать ресурс долговечности композитов

при различных нагрузках;

- впервые на основе теоретических расчетов показано, что наибольший вклад в электризацию трещин при нагружении полимерных композитов вносят механизмы контактной электризации, пьезоэффект и дилатационное взаимодействие точечных дефектов структуры с неравновесным полем движущейся трещины;

- впервые для композиционных материалов по параметрам сигналов электромагнитного излучения определены кинетические константы прочности: энергия активации разрушения, активационный объем, эффективная поверхностная энергия разрушения, а также размер образующихся микротрещин и скорость их распространения;

,.-, впервые для композиционных материалов исследована статистика электромагнитной эмиссии при различных режимах на-гружения и установлено, что импульсное ЭМИ при нагружении композитов подчиняется статистике Херста, а начало хаотического изменения показателя Херста характеризует переход очага разрушения в неустойчивую стадию эволюции.

- предложен метод контроля разрушения и оценки долговечности композитов при различных режимах нагружения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- использованием современных представлений о процессах, протекающих в композиционных материалах, находящихся под нагрузкой;

- удовлетворительным совпадением результатов теоретического расчета средних размеров трещин, скорости их распространения, концентрации, полученных по параметрам импульсов ЭМИ при трещинообразовании, и результатов экспериментальных исследований.

Значение работы. Обнаруженные в настоящей работе закономерности электромагнитного излучения композитов, находящихся под нагрузкой, способствуют углублению знаний о действии механического нагружения на материалы и расширению представлений о механизме генерации импульсного электромагнитного излучения композитов.

В практическом аспекте ценность работы определяется возможностью использования полученных результатов и метода электромагнитного излучения для оперативного определения основных кинетических констант прочности на стадии изготовления и испытания композиционных материалов, контроля разрушения, а также для прогнозирования ресурса долговечности композитов.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Установка по регистрации ЭМИ и метод ЭМИ используется для определения кинетических констант прочности и ресурса долговечности изго-

тавливаемых композиционных материалов в лаборатории инженерного центра акционерного общества фирмы "ТОКЕМ" в г. Кемерово.

Тема диссертационной работы выполнялась в рамках региональной межвузовской научно-технической программы "Кузбасс" по направлению "Разработка теоретических основ электромагнитных процессов при разрушении и аппаратуры прогноза долговечности .неметаллических конструкционных материалов в различных условиях нагружения" по заказу Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на международной научно-практической конференции "Композиты - в народное хозяйство России " (Композит'95), г. Барнаул, 1995г., на 1 научно-практической конференции "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (Сибресурс' 95), г. Кемерово, 1995г., на международной научно-технической конференции "Композиты - в народное хозяйство России" (Композит'97), г. Барнаул, 1997 г., на VI Международной конференции по химии и фи-зикохимии олигомеров, Казань, 1997 г., докладывались на научных семинарах кафедры электротехники Кузбасского государственного технического университета.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 работ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 160 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 15 таблиц. Список литературы включает 156 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, научная и практическая значимость, сформулированы цель работы и ее научная новизна, изложены основные выносимые на защиту положения, приведена краткая характеристика работы.

В первой главе приводится обзор имеющихся к моменту написания диссертации результатов исследования процесса разрушения композитов, методов контроля и прогноза долговечности материалов.

По результатам рассмотренных литературных данных можно сделать вывод: несмотря на то, что количество элементарных механизмов разрушения, составляющих физическую картину повреждения композитов невелико (растрескивание связующего, меж-слойное расслоение, отслоение волокна и матрицы, разрыв и местная потеря устойчивости волокна), завершенная механическая модель, описывающая накопление, взаимодействие и распростра-

нение повреждений вплоть до исчерпания несущей способности композита не создана даже применительно к статическому нагру-жению.

Кроме того, анализ литературных данных показал, что для прогнозирования работоспособности композиционного материала необходимо детальное изучение физического механизма деформирования и разрушения на разных структурных уровнях. При этом разработка методов исследования кинетики деформирования и разрушения материалов, включая образование макротрещины и ее распространение, вплоть до полного разделения тела на части, является актуальной задачей.

Проведение подобных исследований способствовало бы развитию теории разрушения, позволило бы проводить более точную и достоверную диагностику состояния материалов в конструкциях при наличии в них повреждений и опасных дефектов.

Одним из надежных путей выявления развивающегося разрушения и прогнозирования работоспособности конструкции является применение метода, основанного на регистрации импульсного электромагнитного излучения материалов,-находящихся под нагрузкой. Основные исследования ЭМИ проводились на горных породах [3] и щелочно-галоидных кристаллах, лишь в последнее время появились немногочисленные публикации о применении метода ЭМИ для изучения процессов разрушения, в композиционных материалах. Данные об исследовании ЭМИ композитов яри циклических нагрузках в литературе отсутствуют. Практически не изучены статистические закономерности ЭМИ при испытаниях композитов на длительную и усталостную прочность.

Для описания статистических закономерностей разрушения материалов в основном применяется статистика Пуассона, но в последнее время для исследования фрактальных структур, каковыми являются трещины, используется также херстовская статистика. Поэтому представляется перспективным проведение экспериметаль-ных исследований по прямому наблюдению кинетики накопления повреждений с целью определения показателя Херста.

Обзор литературных данных свидетельствует о необходимости исследования разрушения композиционных материалов методом ЭМИ, который является наиболее информативным методом для изучения кинетики процесса.* разрушения.

В заключении главы на основе анализа рассмотренных работ сформулированы цель и задачи Исследования.

Во второй главе дана теоретическая модель накопления повреждений и электромагнитной эмиссии из очага разрушения в композиционных материалах. Приводятся механизмы электризации

композиционных материалов при рождении и распространении трещин..

Рассмотрение широкого класса электромагнитных явлений при механическом деформировании и разрушении композиционных материалов показывает, что наиболее важными из них являются процессы электризации и релаксации возникающего электромагнитного пом при рождении,и быстром распространении трещин, поскольку акты разрушения представляют собой неравновесные необратимые термодинамические процессы, при которых возникает целый ряд вторичных явлений: электронная эмиссия, электромагнитное излучение в широком диапазоне частот - от инфракрасного до рентгеновского спектра излучения, распространение акустических волн.

При изучении разрушения композитов и электромагнитного излучения при распространении в них быстрых трещин наибольший интерес представляют явления контактной электризации, поскольку композиционные материалы являются гетерогенными структурами, в которых скомпонованы смола и частицы наполнителей, обладающие разными физическими свойствами. Разори-ентация частиц наполнителя и разрушение композитов может приводить к разделению двойных электрических слоев на границе частиц различных наполнителей или наполнителя и связующего, что приводит к образованию зарядов на поверхности трещин и остаточным явлениям после разрушения ( электронная эмиссия, остаточный заряд кусочков разрушенного материала и т.п.).

Из проведенных оценок линейной и поверхностной плотности заряда в вершине трещины сделан вывод, что наибольший вклад в электризацию трещин при разрушении композиционных материалов вносят механизмы контактной электризации, пьезоэффект и дилатационное взаимодействие точечных дефектов -структуры с неравновесным механическим полем движущейся трещины.

В качестве кинетической модели формирования очага разрушения композитов использовалась модель, обобщающая кинетические представления, развиваемые учениками и последователями С.Н. Журкова [2-4].

Основными уравнениями, входящими в модель процесса накопления микротрещин, являются уравнение для скорости трещино-образования С.Н. Журкова (обобщенное на случай ст * const):

N = N exp

fo-V о)

kT

(О

условие необратимости накопления повреждаемостей Бейли

\Ndt = N

о

и концентрационный критерий разрушения (В.А. Петрова)

*-Vi

С

N

■ = к = const, L

-13

(2)

(3)

где No =-, rQ = 10 -'с; UQ,y - кинетические константы про-

го

цесса трещинообразования, причем первая (Uo) имеет смысл энергии активации разрушения, а вторая (у) зависит от структуры композита и называется структурно-чувствительным коэффициентом; а - величина растягивающего (или сжимающего) напряжения; N* - критическое число микротрещин в объеме образца композита,

* К*

при котором он теряет устойчивость и разрушается; с*=-р~ -

концентрация микротрещин в очаге разрушения; L - линейный размер микротрещин; г - время от начала нагружения до полного разрушения образца.

Уравнения (1) - (3) записаны на случай меняющихся во времени напряжений. В случае же ст = const уравнение (2) с учетом (1) превращается в известное уравнение кинетической теории прочности твердых тел С.Н. Журкова:

г=т0ехр

U^-ya

кТ

Уравнение (1) для скорости трещинообразования постулируется и для случая а * const, т.е. а = o(t) [3,4].

В случае напряжений, меняющихся с постоянной скоростью (для условий лабораторного эксперимента), т.е. с (t) = à-t, используя (1), можно найти из (2) уравнение, связывающее время t и полное число импульсов N, накопленных за это время [ 3,4]:

кТ

у а

1п

N

у а

кТ

+

Но кТ

(4)

Уравнение (4) связывает текущее время 4 и накопленное к этому моменту число микротрещин К; (кинетическая зависимость). Принимая в этом уравнении N = 14* , из него можно найти долговечность

образца при заданной скорости приложения нагрузки а . Из результатов эксперимента по кинетической кривой N = N можно определить константы процесса разрушения 11о и у из следующих уравнений:

кТ

У=-

п - ( п

1=1

!=1 /

«м - 10,- Е',

/=] Ч,=1 / Ч,=1

(5)

Цц-кТщ

кТ

{■Г

уст

+

п

\ / \ ( \ ( \ п . п п

-м-, М

^/=1 ) м=1 ./ Ч/=1 )

ы

, (6)

где в — 1п

(ЛГ,т0(7

дг*

Во второй главе рассмотрено также применение теории фракталов .к контролю стадий разрушения композитов. Экспериментально определять характер случайного процесса можно, исследуя статистику нормированного размаха Херста для импульсов электромагнитной эмиссии образцов композиционных материалов,

находящихся под нагрузкой.

В третьей главе приводятся результаты экспериментального исследования разрушения композиционных материалов методом, основанным на регистрации импульсного электромагнитного излучения, возникающего при распространении трещин.

В качестве объектов исследования использовались композиционные материалы на основе фенолоформальдегидных смол и различного типа наполнителей- порошковьш фенопласты и тек-столиты.

Для изучения разрушения образцов композиционных материалов методом ЭМИ была собрана установка, включающая в себя экранирующую ячейку, в которой помещался образец и антенна для регистрации импульсов электромагнитной эмиссии; нагружающее устройство (разрывная машина Р - 5); блок активно -реактивных фильтров КС - типа; широкополосный усилитель УЗ -29; записывающий осциллограф С8 - 14; счетчик импульсов 43-54. Лабораторная установка позволяла-регистрировать импульсы электромагнитной эмиссии длительностью от 0,1 мкс до 100 мс, записывать их форму, определять характеристики каждого отдельного импульса (амплитуду, время нарастания, время релаксации), считать полное число импульсов, накопленных за определенный промежуток времени, записывать диаграмму нагружения, отслеживать кинетику процесса накопления повреждаемостей структуры на основе счета импульсов электромагнитной эмиссии, а также визуально' наблюдать форму импульсов ЭМИ на экране осциллографа.

Типичные кинетические кривые накопления числа импульсов для фенопластов приведены на рис. 1.

На основе сравнения кинетики накопления импульсов ЭМИ при нагружении исследуемых фенопластов можно выделить некоторые закономерности, выявленные при анализе экспериментальных данных.

Импульсное электромагнитное излучение наблюдается от начала нагружения вплоть до разрушения для всех исследованных образцов как при сжатии, растяжении, так и при циклических нагрузках.

Различные материалы при нагружении ведут себя ( в смысле кинетики накопления повреждений) различным образом: для одних характерно наличие некоторого периода затишья, для других накопление импульсов идет равномерно вплоть до разрушения образца, для третьих наблюдается резкое увеличение счета импульсов перед самым разрушением.

Для рассматриваемых фенопластов и текстолитов на характер кинетических зависимостей влияют такие факторы, как тех-

т

м

60

ко

20

О {0 20 ЗЬ. 40 50 60 70 Рис. 1. Кинетика накопления импульсов ЭМИ при нагружении образцов фенопласта. 1 - Э39 (Г - теоретическая зависимость, 2 - Ж13 (2' - теоретическая зависимость)

По горизонтали: 1 мкс/дел, по вертикали : 1 мВ/ дел

1д(Ш ___•

Ю

0,1 ОЛ 0,4 0.2.

0 о" 0,6 да" /,£? <2 —М ф/г

Рис. 3. Зависимость нормированного размаха от времени для текстолита ПТН. 1 - нагружение вдоль слоев, 2 - нагружение поперек слоев

С с

1

/ : • у

/А 2.

нология изготовления, термообработка, а также ориентация волокон относительно действующего нагруженйя (для текстолитов).

Зарождение трещины приводит к возникновению импульса ЭМИ, а кинетика её прорастания определяет форму сигнала (рис.2). При нагружении образцов фенопластов наблюдаются импульсы различной амплитуды и длительности. По мере увеличения нагрузки увеличивается амплитуда импульсов. По параметрам импульсов ЭМИ были рассчитаны поверхностная плотность заряда на берегах трещины вблизи её вершины и линейная плотность заряда, составившие величину 8о~ КИ'Кл/м2, Q~ 10"11 Кл/м.

На основе гипотезы генерации импульсов электромагнитного излучения. вследствие движения заряженных берегов распространяющейся трещины, были определены скорость .прорастания трещины и её размеры по параметрам импульсов .ЭМИ.' Для раз-, личных материалов скорость развития трещин составила величину v ~ 102 м/с.

В работе проведено экспериментальное определение характера случайного процесса трещинообразования и экспериментальный поиск показателя эволюции очага разрушения на основе исследования статистики нормированного размаха Херста для импульсов электромагнитной эмиссии нагруженных образцов композиционных материалов. С этой целью исследовалась степенная зависимость Херста

R, /St - t». (7)

где S¡ - стандартное отклонение, R¡ - размах, f- время.

Как показал анализ зависимостей lg ( R/ S) от lg n (п - количество интервалов, на которые разбивался весь временной интервал от начала нагруженйя до разрушения), статистика нормированного размаха накопленных средних до некоторого момента времени хорошо подчиняется уравнению Херста (рис. 3). В дальнейшем либо показатель Херста изменяется, либо начинается его хаотическое скачкообразное изменение , которое может быть обусловлено лишь переходом формирующегося в образцах композиционных материалов очага разрушения в новое качественное состояние (образование крупных трещин и их ансамблей, подготавливающих разрыв образца).

Для случайных процессов с независимыми приращениями значение показателя Херста близко к Н = 0,5. Скачкообразное изменение показателя Херста в этом случае должно характеризовать хаотическое поведение системы в .точках бифуркации в процессе эволюционного развитая очага.

Исследование зависимостей lg (R„ / Sn)= f(lgn) показало, что для образцов различного состава, разной технологии изготовления, подвергнутых термообработке и не подвергнутых ей, наблюдается двухстадийный характер процесса трещинообразования. Поскольку значения показателя Херста H > 0,5, то процесс трещинообразования является персистёнтным случайным процессом, более сложным, чем пуассоновский. Он характеризуется Н, находящимся в интервале от 0,55 до 1,5. Показатель Херста зависимости (7) для статистики нормированных отклонений накопленных средних при изучении временных потоков структурных повреждений в композиционных материалах может служить критерием эволюции очага разрушения, особенно в характерных точках перехода очага в новое состояние (точки бифуркации). Причем устойчивая стационарная стадия эволюции очага характеризуется линейным участком логарифмической кривой зависимости накопленных нормированных отклонений от времени с показателем Херста H > 0,5.

В четвертой главе проведена проверка адекватности рассматриваемой модели разрушения экспериментальным данным. По F- критерию Фишера определено, что кинетико-статистическая модель накопления повреждений находится в хорошем соответствии с экспериментальными данными и может быть использована для исследования кинетики разрушения, а также для прогноза долговечности композиционных материалов, находящихся под нагрузкой. В главе'также приводится описание метода, основанного на регистрации импульсного электромагнитного излучения, для контроля разрушения и оценки ресурса долговечности композиционных материалов. .

Метод заключается в следующем.

1. Экспериментально определяют количество импульсов ЭМИ, выделяющихся, при нагружении композита, и- по их кинетике ведется контроль разрушения.

/ 2.'- Для нахождения кинетических констант -прочности при сжатии и растяжении пользуются формулами/, (5), (6).

3. 'Определяют долговечность материала по .( 4) при постоянной скорости нагружения. -, ,

В,.случае циклических нагрузок-метод состоит в следующем, -< 1 лПрц' нагружении композитов,-путем регистрации на счетчике импульсов определяют количество импульсов ЭМИ ( микроповреждений ) Ni , возникающих в образце за первый цикл нагружения'(на момент /,').■ , •

, . Ï. Вычисляют энергию активации разрушения Uo и структурно-чувствительный параметр у для исследуемых образцов композиционных материалов на основе кинетической кривой, зареги-

стрированной на первом цикле нагружения..

3. Контроль разрушения осуществляется на основе отслеживания кинетики накопления импульсов, а полное число циклов до разрушения ( долговечность) определяется по формуле

Л>1кт

«■ п/ пп С

п

тоГ°еРе

...... /

где о - скорость нагружения и разгрузки, П ,

СГ = —----—, п - число er - период;

<т г+¿2 +...+ <т;!

CT tz/2=CT л - амплитуда цикла.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи разработки метода контроля разрушения и оценки долговечности композиционных материалов , основанного на регистрации импульсного электромагнитного излучения, возникающего при рождении и распространении трещин. Метод по- • зволяет определять параметры трещин, проводить оперативный контроль разрушения и оценивать ресурс долговечности композитов при различных режимах нагружения.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. Впервые исследовано импульсное электромагнитное излучение, возникающее при распространении трещин в фенопластах и текстолитах, находящихся под нагрузкой. При этом установлено, что электромагнитное излучение наблюдается практически с начала нагружения ; амплитуда импульсов при расколе образцов достигает максимального значения ( 50-70 мВ); в процессе деформирования длительность импульсов изменяется в пределах 1 - 500 мкс.

2. Для исследования разрушения и электромагнитного излучения усовершенствована установка, позволяющая, благодаря использованию созданной измерительной ячейки, снизить уровень помех, что увеличивает чувствительность измерения параметров импульсов ЭМИ. Установка позволяет визуально наблюдать возникающие импульсы, регистрировать их количество, амплитуду и длительность, а также одновременно снимать диаграммы "напряжение - деформация".

3. Разработанная кинетико-статистическая модель формиро-

вания очага разрушения в композиционных материалах, включающая в себя статистику Херста, условие необратимости разрушения Бейли, кинетическое уравнение для скорости трещинообра-зования и концентрационный критерий разрушения, адекватна реальному процессу накопления повреждений и позволяет находить достоверные значения энергии активации разрушения в наиболее слабых звеньях структуры композитов и структурно-чувствительный коэффициент, которые определяют долговечность композитов в различных режимах эксплуатации.

4. Впервые теоретически и экспериментально оценена величина заряда в вершине трещин, возникающих в фенопластах и текстолитах, позволяющая объяснить возникновение импульсного электромагнитного излучения при нагружении композитов. Наибольший вклад в электризацию трещин вносят механизмы контактной электризации, пьезоэффект и дилатационное взаимодействие точечных дефектов структуры с неравновесным механическим полем движущейся трещины. Линейная плотность заряда составила величину (2 = (0, 35 -ь 6,55)- 10 " Кл/ м; поверхностная плотность заряда 5 = ( 0,45 + 6,35)- КИКл/ м2.

5. По параметрам импульсов ЭМИ определены кинетические и энергетические характеристики фенопластов

(энергия активации разрушения 1_1о г (1,51 + 1,62) • 10"19 Дж; структурно-чувствительный коэффициент у = (0,79+ 1,38)- 10'28м3 ), а также параметры микротрещин в процессе нагружения (размер Ь = (1,94 + 5;28) • 10"* м; скорость распространения V = (1,25 +4,37) х 102м/с; критическая концентрация с* = (0,52 + 3,49)-109 м-*).

6. Исследованы статистические закономерности формирования очага разрушения композиционных материалов при различных режимах нагружения и установлено, что процесс накопления повреждений является двухстадийным персистентным процессом с показателем Херста Н > 0, 5. Начало хаотического изменения показателя Херста характеризует переход от устойчивой стадии эволюции очага разрушения на стадию образования крупных трещин, приводящих к разрыву образца.

7. На основе полученных результатов предложен экспресс-метод контроля разрушения и оценки долговечности композитов, заключающийся в том, что по параметрам ЭМИ проводится контроль разрушения, определяются кинетические константы материала и вычисляется ресурс долговечности при различных режимах нагружения.

8. Предложенный метод используется в ЗАО фирме "ТОКЕМ" для контроля разрушения и определения ресурса долговечности новых композиционных материалов.

Литература, .

1. Композиционные материалы. В 8-ми томах. -М.:Мир, М.: Машиностроение, 1978.

2. Журков С.Н. Кинетическая природа прочности твердых тел II Вестник АН СССР. -1968. - В.З. - С. 46-52.

3. Иванов В.В., Пимонов А.Г., Егоров П.В;, Колпакова Л.А. Определение констант термофлуктуационного уравнения прочности и параметров трещин на основе регистрации импульсного электромагнитного излучения горных пород // Изв. АН СССР. Физика Земли. - 1990. - № 5. - С.78-84.

4. Климов В.И., Иванов В.В., Черникова Т.М., Мальшин A.A. Изучение кинетического процесса разрушения композиционных материалов методом импульсного электромагнитного излучения//Тр. Междунар. научн.-техн. конфер. "Композиты - в народное хозяйство России (Композит- 95). - Барнаул: АлтГТУ. - 1996. - С. 37- 40.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Егоров П.В., Иванов В.В., Черникова Т.М., Мальшин A.A. Энергетические характеристики разрушения горных пород и ком- , позиционных материалов // Геомеханические основы подземной разработки полезных ископаемых. Сб. научн. тр. - Кемерово, 1995. -С. 4-10

2. Климов В.И., Туголукова Л.Ф., Черникова Т.М., Мальшин A.A. Определение долговечности композиционных материалов экспресс-методом на основе импульсного ЭМИ// Тез. докл. первой научно-практич. конф. " Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (Сибресурс' 95), Кемерово, 1995. - С.47

3. Егоров П.В., Иванов В.В., Черникова Т.М., Мальшин A.A., Колпакова Л.А. Использование параметров импульсного электромагнитного излучения для определения характеристик разрушения композиционных материалов//Тез. докл. междунар.

научн. - техн. конф. "Композиты - в народное хозяйство России" (Композит '95). - Барнаул: АлтГТУ, 1995. - С. 34.

4. Алексеев Д.В., Черникова Т.М. Херстовская статистика потока импульсов при разрушении композитов// Тез.докл. междунар. научн.- техн. конф. "Композиты - в народное хозяйство России" (Композит '95). - Барнаул: АлтГТУ, 1995. - С. 16.

5. Климов В.И., Иванов В.В., Черникова Т.М., Мальшин A.A., Колпакова Л.А. Электромагнитное излучение при нагруже-нии композиционных материалов // Тез. докл. междунар. научн.-техн. конф. "Композиты - в народное хозяйство России"

(Композит '95). - Барнаул, АлтГТУ, 1995. - С.35.

6. Климов В.И., Иванов В.В., Черникова Т.М., Мальшин А.А. Изучение кинетического процесса разрушения композиционных материалов методом импульсного электромагнитного излучения//Тр. Междунар. научн.-техн. конфер. "Композиты - в народное хозяйство. России"(Композит-,95). - Барнаул: АлтГТУ, 1996. - С. 37- 40.

7. Иванов В.В., Климов В.И., Черникова Т.М. Херстовская статистика временных потоков структурных повреждений композиционных материалов как показатель эволюции очага разрушения // Прикл. мех-ка и техн. физика. - 1997. - Т. 38, № I. - С. 136- 139.

.-. . 8. Климов В.И., Черникова Т.М. Контроль разрушения и долговечности композиционных материалов. - Кемерово: АИН, 1997.

- 151с. ,

9. Черникова Т.М., Иванов В.В., Климов В.И., Мальшин

А.А. Исследование кинетики разрушения фенопласов и текстолиту^ методом электромагнитного излучения// Тез. докл. VI Междунар. конф ,по химии и физикохимии олигомеров .- Черноголовка, 1997. -Т.1.-СЛ68.

10. Черникова Т.М., Иванов В.В., Климов В.И. Термодинамика, очага разрушения в композиционных материалах на основе фенолоформальдегидных смол// Тез, докл. VI Междунар. конф по , химии.и физикохимии олигомеров. - Черноголовка, 1997.-Т.1.-С.241. '

11. Черникова Т.М., Иванов В.В., Климов В.И., Мальшин А.А. Разрушение композиционных материалов при циклическом нагружении II Тез. докл. междунар. научн.-техн.конф. "Композиты - в народное хозяйство России" (Композит' 97). - Барнаул: АлтГТУ, 1997.

- С.28: '

12. Черникова Т.М., Иванов В.В., Климов В.И. Механизмы электризации трещин в композиционных материалах// Тез. докл. междунар. научн.-техн.конф. "Композиты - в народное хозяйство России" (Композит' 97). - Барнаул: АлтГТУ, 1997. - С.29.

Заказ №^№Тираж 100 экз. Печать на "Ризографе". Объем 1 п. л. Формат 16x84/16

Типография Кузбасского государственного технического университета, 650027,г. Кемерово, ул Красноармейская,115 Лицензия ЛР№ 020313