Modernization of an experimental installation and a procedure for investigating the anisotropic viscoelastic properties of composite materials at elevated temperatures

The paper describes the process of modernizing the existing installation designed for performing long-term tests of steel and aluminum cylindrical specimens for high-temperature creep with the purpose of conducting the experimental studies of the anisotropic strength and viscoelastic characteristics...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2018
Автори: Martynenko, V. G., Ulianov, Yu. N.
Формат: Стаття
Мова:English
Russian
Опубліковано: Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2018
Теми:
Онлайн доступ:https://journals.uran.ua/jme/article/view/135182
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Energy Technologies & Resource Saving

Репозитарії

Energy Technologies & Resource Saving
id oai:ojs.journals.uran.ua:article-135182
record_format ojs
institution Energy Technologies & Resource Saving
collection OJS
language English
Russian
topic anisotropic viscoelasticity
composite material
experimental investigation
elevated temperature
relaxation curve
UDC 620.172.251.226 / 620.172.251.282
анизотропная вязкоупругость
композиционный материал
экспериментальное исследование
повышенная температура
кривая релаксации
УДК 620.172.251.226 / 620.172.251.282
анізотропна в’язкопружність
композиційний матеріал
експериментальне дослідження
підвищена температура
крива релаксації
УДК 620.172.251.226 / 620.172.251.282
spellingShingle anisotropic viscoelasticity
composite material
experimental investigation
elevated temperature
relaxation curve
UDC 620.172.251.226 / 620.172.251.282
анизотропная вязкоупругость
композиционный материал
экспериментальное исследование
повышенная температура
кривая релаксации
УДК 620.172.251.226 / 620.172.251.282
анізотропна в’язкопружність
композиційний матеріал
експериментальне дослідження
підвищена температура
крива релаксації
УДК 620.172.251.226 / 620.172.251.282
Martynenko, V. G.
Ulianov, Yu. N.
Modernization of an experimental installation and a procedure for investigating the anisotropic viscoelastic properties of composite materials at elevated temperatures
topic_facet anisotropic viscoelasticity
composite material
experimental investigation
elevated temperature
relaxation curve
UDC 620.172.251.226 / 620.172.251.282
анизотропная вязкоупругость
композиционный материал
экспериментальное исследование
повышенная температура
кривая релаксации
УДК 620.172.251.226 / 620.172.251.282
анізотропна в’язкопружність
композиційний матеріал
експериментальне дослідження
підвищена температура
крива релаксації
УДК 620.172.251.226 / 620.172.251.282
format Article
author Martynenko, V. G.
Ulianov, Yu. N.
author_facet Martynenko, V. G.
Ulianov, Yu. N.
author_sort Martynenko, V. G.
title Modernization of an experimental installation and a procedure for investigating the anisotropic viscoelastic properties of composite materials at elevated temperatures
title_short Modernization of an experimental installation and a procedure for investigating the anisotropic viscoelastic properties of composite materials at elevated temperatures
title_full Modernization of an experimental installation and a procedure for investigating the anisotropic viscoelastic properties of composite materials at elevated temperatures
title_fullStr Modernization of an experimental installation and a procedure for investigating the anisotropic viscoelastic properties of composite materials at elevated temperatures
title_full_unstemmed Modernization of an experimental installation and a procedure for investigating the anisotropic viscoelastic properties of composite materials at elevated temperatures
title_sort modernization of an experimental installation and a procedure for investigating the anisotropic viscoelastic properties of composite materials at elevated temperatures
title_alt Усовершенствование экспериментальной установки и процедура исследования анизотропных вязкоупругих свойств композиционного материала при повышенных температурах
Удосконалення експериментальної установки і процедура дослідження анізотропних в'язкопружних властивостей композиційного матеріалу при підвищених температурах
description The paper describes the process of modernizing the existing installation designed for performing long-term tests of steel and aluminum cylindrical specimens for high-temperature creep with the purpose of conducting the experimental studies of the anisotropic strength and viscoelastic characteristics of planar composite specimens at elevated temperatures. In view of the differences in the approaches to finding the mechanical properties of metals and composite materials, the modernization required that special methods be developed for its implementation. In order to achieve the objective set, a scheme for reconstructing the specimen holders in the experimental installation was proposed, as well as the method of fixing them, implementing uniaxial stress-stain state and enabling  one to avoid stress concentration where the grippers are used. The specimens for the experiment were cut out in accordance with their optimal shape from one sheet of orthogonally reinforced composite material at different angles to the reinforcement direction, which allowed obtaining their anisotropic mechanical properties. The preparation of the specimens for conducting the experimental study was performed in accordance with international standards, which ensured the accuracy of obtaining the desired mechanical quantities. The developed, designed and built automatic temperature control block for the electric furnace allowed maintaining elevated temperature with a sufficiently small error during its long use, which was necessary for studying the mechanical properties of composite specimens, as well as regulating the heating temperature in a given range. When performing a series of experiments, an optimal temperature was chosen that was higher than the glass transition temperature of the composite material and lower than its phase transition temperature. Its observance made it possible to measure the viscoelastic properties of the composite with a high accuracy when the relaxation time reached half of the measuring period and guarantee a complete construction of creep curves. Conducting the experimental study of the instantaneous and long-term mechanical properties demonstrated the effectiveness of the improvements made for the experimental installation, as applied to the realization of such experiments. The developed procedure can be used for finding the anisotropic vicoelastic properties of the composite materials dependent on time and temperature, as well as setting the level of anisotropy of such properties for its subsequent consideration in the mathematical models of the mechanical behaviour of structural and installation elements made of composite materials.
publisher Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
publishDate 2018
url https://journals.uran.ua/jme/article/view/135182
work_keys_str_mv AT martynenkovg modernizationofanexperimentalinstallationandaprocedureforinvestigatingtheanisotropicviscoelasticpropertiesofcompositematerialsatelevatedtemperatures
AT ulianovyun modernizationofanexperimentalinstallationandaprocedureforinvestigatingtheanisotropicviscoelasticpropertiesofcompositematerialsatelevatedtemperatures
AT martynenkovg usoveršenstvovanieéksperimentalʹnojustanovkiiproceduraissledovaniâanizotropnyhvâzkouprugihsvojstvkompozicionnogomaterialapripovyšennyhtemperaturah
AT ulianovyun usoveršenstvovanieéksperimentalʹnojustanovkiiproceduraissledovaniâanizotropnyhvâzkouprugihsvojstvkompozicionnogomaterialapripovyšennyhtemperaturah
AT martynenkovg udoskonalennâeksperimentalʹnoíustanovkiíproceduradoslídžennâanízotropnihvâzkopružnihvlastivostejkompozicíjnogomateríalupripídviŝenihtemperaturah
AT ulianovyun udoskonalennâeksperimentalʹnoíustanovkiíproceduradoslídžennâanízotropnihvâzkopružnihvlastivostejkompozicíjnogomateríalupripídviŝenihtemperaturah
first_indexed 2024-09-01T17:36:58Z
last_indexed 2024-09-01T17:36:58Z
_version_ 1809016127712395264
spelling oai:ojs.journals.uran.ua:article-1351822018-07-02T09:20:09Z Modernization of an experimental installation and a procedure for investigating the anisotropic viscoelastic properties of composite materials at elevated temperatures Усовершенствование экспериментальной установки и процедура исследования анизотропных вязкоупругих свойств композиционного материала при повышенных температурах Удосконалення експериментальної установки і процедура дослідження анізотропних в'язкопружних властивостей композиційного матеріалу при підвищених температурах Martynenko, V. G. Ulianov, Yu. N. anisotropic viscoelasticity composite material experimental investigation elevated temperature relaxation curve UDC 620.172.251.226 / 620.172.251.282 анизотропная вязкоупругость композиционный материал экспериментальное исследование повышенная температура кривая релаксации УДК 620.172.251.226 / 620.172.251.282 анізотропна в’язкопружність композиційний матеріал експериментальне дослідження підвищена температура крива релаксації УДК 620.172.251.226 / 620.172.251.282 The paper describes the process of modernizing the existing installation designed for performing long-term tests of steel and aluminum cylindrical specimens for high-temperature creep with the purpose of conducting the experimental studies of the anisotropic strength and viscoelastic characteristics of planar composite specimens at elevated temperatures. In view of the differences in the approaches to finding the mechanical properties of metals and composite materials, the modernization required that special methods be developed for its implementation. In order to achieve the objective set, a scheme for reconstructing the specimen holders in the experimental installation was proposed, as well as the method of fixing them, implementing uniaxial stress-stain state and enabling  one to avoid stress concentration where the grippers are used. The specimens for the experiment were cut out in accordance with their optimal shape from one sheet of orthogonally reinforced composite material at different angles to the reinforcement direction, which allowed obtaining their anisotropic mechanical properties. The preparation of the specimens for conducting the experimental study was performed in accordance with international standards, which ensured the accuracy of obtaining the desired mechanical quantities. The developed, designed and built automatic temperature control block for the electric furnace allowed maintaining elevated temperature with a sufficiently small error during its long use, which was necessary for studying the mechanical properties of composite specimens, as well as regulating the heating temperature in a given range. When performing a series of experiments, an optimal temperature was chosen that was higher than the glass transition temperature of the composite material and lower than its phase transition temperature. Its observance made it possible to measure the viscoelastic properties of the composite with a high accuracy when the relaxation time reached half of the measuring period and guarantee a complete construction of creep curves. Conducting the experimental study of the instantaneous and long-term mechanical properties demonstrated the effectiveness of the improvements made for the experimental installation, as applied to the realization of such experiments. The developed procedure can be used for finding the anisotropic vicoelastic properties of the composite materials dependent on time and temperature, as well as setting the level of anisotropy of such properties for its subsequent consideration in the mathematical models of the mechanical behaviour of structural and installation elements made of composite materials. Описан процесс модернизации установки, предназначенной для проведения длительных испытаний стальных и алюминиевых цилиндрических образцов на высокотемпературную ползучесть, под экспериментальные исследования анизотропных прочностных и вязкоупругих характеристик плоских композиционных образцов при повышенных температурах. Для реализации данной цели была предложена схема перестройки держателей образцов в экспериментальной машине, а также метод их крепления. Разработанный, спроектированный и построенный блок автоматического регулирования температурного режима электропечи позволил поддерживать повышенную температуру с достаточно малой погрешностью при продолжительной её работе и регулировать температуру нагрева в заданном диапазоне, что было необходимо для исследования механических свойств композиционных образцов. Проведение экспериментального исследования мгновенных и длительных механических свойств продемонстрировало эффективность усовершенствований, выполненных для экспериментальной установки, применительно к реализации такого рода экспериментов. Описано процес модернізації існуючої установки, призначеної для проведення довготривалих випробувань сталевих та алюмінієвих циліндричних зразків на високотемпературну повзучість, під експериментальні дослідження анізотропних міцнісних та в’язкопружних характеристик плоских композиційних зразків при підвищених температурах. Для реалізації даної мети була запропонована схема перебудови тримачів зразків в експериментальній машині, а також метод їх кріплення. Зразки для проведення експерименту були вирізані у відповідності до оптимальної їх форми з одного листа ортогонально армованого композиційного матеріалу під різними кутам до напрямків армування, що дозволило отримувати їхні анізотропні механічні властивості. Підготовка зразків до проведення експериментального дослідження була виконана у відповідності до міжнародних стандартів, що забезпечило точність отримання шукомих величин. Розроблений, спроектований та побудований блок автоматичного регулювання температурного режиму електропечі дозволив підтримувати підвищену температуру у порівняно вузькому діапазоні при довготривалій її роботі, що було необхідно для дослідження механічних властивостей композиційних зразків, а також регулювати температуру нагріву у заданому діапазоні. При виконанні серії експериментів була обрана оптимальна температура, що є вищою за температуру склування композиційного матеріалу та нижчою за його температуру фазового переходу. Її дотримання дозволило вимірювати в’язкопружні властивості композиту із високою точністю при досягненні часу релаксації за половину періоду вимірювань та гарантувати повну побудову кривих повзучості. Проведення експериментального дослідження миттєвих та тривалих механічних властивостей продемонструвало ефективність вдосконалень, виконаних для експериментальної установки, для реалізації такого роду експериментів. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2018-06-25 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/135182 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 21 No. 2 (2018); 3-11 Проблемы машиностроения; Том 21 № 2 (2018); 3-11 Проблеми машинобудування; Том 21 № 2 (2018); 3-11 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/135182/131987 https://journals.uran.ua/jme/article/view/135182/132512 Copyright (c) 2018 V. G. Martynenko, Yu. N. Ulianov https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0