Механические характеристики композиционного материала, изготовленного методом намотки

Исследование направлено на решение проблемы повышения долговечности и снижения затрат в мостостроении за счет применения стеклопластиковых труб, изготовленных методом непрерывной намотки. Несмотря на успешное использование полимерных композитов за рубежом, их применение в России ограничено из-за отсутствия нормативной базы и недостаточной изученности механических свойств. Посредством экспериментальных испытаний образцов, вырезанных из стеклопластиковых труб, на растяжение с использованием тензорезисторов и универсальной испытательной машины были получены ключевые характеристики: предел прочности (в среднем 200 МПа), модуль упругости (29.5–37.9 ГПа) и коэффициент Пуассона (0.21–0.27). Установлено, что свойства материала сопоставимы с бетоном и сталью, что подтверждает его пригодность для гибридных конструкций пролетных строений мостов. Выявлены особенности деформационного поведения, включая трещинообразование и изменение модуля упругости, при повторных нагружениях. Результаты исследования могут быть использованы для разработки нормативной базы и проектирования долговечных мостовых конструкций, что открывает перспективы для расширения применения композитов в строительстве.

1. Татлыева Г. З., Закиров М. А., Осипова Л. Э. Оценка коррозионной стойкости композиционных материалов на базе смол Norpol Dion. Вестник Казанского технологического университета. 2012;15(11):235– 239. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=ozovol.

2. Попов С. Н., Ушаков А. Е., Кленин Ю. Г. Перспективы расширения возможностей применения пултрузионных стеклопластиков в строительстве в северных климатических условиях. В сб.: Физико-технические проблемы добычи, транспорта и переработки органического сырья в условиях холодного климата. 2024. С. 225–227. https://doi.org/10.24412/cl-37255-2024-1-225-227

3. Хуанг Чун-Пинь. Моделирование процессов вакуумной инфузии в производстве крупногабаритных композитных конструкций. Известия ЮФУ. Технические науки. 2021;(3):172–185. https://doi.org/10.18522/2311-3103-2021-3-172-185

4. Früh N., Knippers J. Multi-stage filament winding: Integrative design and fabrication method for fibrereinforced composite components of complex geometries. Composite Structures. 2021;268:113969. http://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.113969

5. Иванов А. Н., Яшнов А. Н. Экспериментальные исследования пролетного строения из полимерного композиционного материала. Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2014;(4):61–70. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=teqrfd.

6. Овчинников И. И., Овчинников И. Г., Чесноков Г. В., Михалдыкин Е. С. О проблеме расчета трубобетонных конструкций с оболочкой из разных материалов. Часть 3. Опыт применения полимерных композитных материалов в мостостроении. Науковедение. 2015;7(5):151. URL: http://naukovedenie.ru/PDF/27TVN515.pdf.

7. Ушаков А. Е., Монастырев Е. А., Ермаков В. М., Егоров М. А., Мухина М. А., Кленин Ю. Г. (и др.) Результаты испытаний первого в мире железнодорожного моста с пролетным строением из композиционных материалов. Путь и путевое хозяйство. 2021;(10):13–15.

8. Иванов А. Н., Кожевников В. С. Проблемы применения полимерных композиционных материалов в пролетных строениях железнодорожных мостов. Химия. Экология. Урбанистика. 2020;3:94–98. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=xidmrw.

9. Уткин В. А., Иванов А. Н., Мартынов А. В. Пролетное строение с мостовым настилом из пултрузионного профиля. Российская Федерация. Патент № 2735317C1. 16 декабря 2019. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2735317C1_20201030.

10. Яшнов А. Н., Иванов А. Н. Струнные пролетные строения для магнитолевитационного транспорта. Инновационные транспортные системы и технологии. 2021;7(3):158–168. https://doi.org/10.17816/transsyst202173158-168

11. Николаев А. К., Коэйо Веласкес А. Л. Моделирование процесса разрушения стеклопластиковой трубы. Записки Горного института. 2017;223:93–98. https://doi.org/10.18454/PMI.2017.1.93

12. Пыринов Б. В., Козьмин Н. А. Сталежелезобетонный автодорожный мост с балками из металлических труб. В сб.: Совершенствование конструктивных решений пешеходных и автодорожных мостов в условиях Сибирского региона. Новосибирск: Наука; 2012. С. 101–105.

13. Zhao L., Burgueno R., La Rovere H., Seible F., Karbhari V. Preliminary evaluation of the hybrid tube bridge system. California; 2000. URL: https://trid.trb.org/View/673592

14. Иванов А. Н., Кузьменков П. Ю. Мониторинг технического состояния автодорожного моста через реку Пашенку. Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2016;(2):20–27. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26737924.

15. Николаев А. К., Лутов В. А. Технология производства композиционных труб методом намотки для нефтегазовой отрасли. Международный научно-исследовательский журнал. 2015;(8-2):50–54. URL: https://research-journal.org/wp-content/uploads/2015/09/8-2-39.pdf#page=50.

16. Яшнов А. Н., Снежков И. И. Развитие систем диагностики и мониторинга мостов. Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2020;(3):6–13. URL: https://elibrary.ru/kyabvu.