Экспериментальное определение коэффициентов линейного термического расширения композитов

Московский государственный технический университет  

имени Н.Э. Баумана

Л.П. Таирова 

Экспериментальное определение 

 коэффициентов линейного термического  

расширения композитов

Учебное пособие

УДК 620.22(075.8)
ББК 30.36
 
Т14

ISBN 978-5-7038-4672-8

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017
© Оформление. Издательство 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017

УДК 620.22(075.8)
ББК 30.36

 
Таирова, Л. П.

Т14  
Экспериментальное определение коэффициентов линейного термического расширения композитов : учебное 
пособие / Л. П. Таирова. — Москва : Издательство МГТУ 
им. Н.Э. Баумана, 2017. — 36, [4] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4672-8

Рассмотрены особенности экспериментального определения коэффициентов линейного термического расширения (КЛТР) композитов 
на примерах исследования в интервале температур примерно от – 40 
до +80 °С. Даны описания используемых образцов, измерительных 
элементов, необходимого стандартного оборудования для испытаний. 
Изложены преимущества метода идентификации КЛТР слоя по КЛТР 
многослойных композитов. Приведен алгоритм метода. Представлен 
пример исследований КЛТР с применением тензодатчиков, проводившихся в Лаборатории композиционных материалов НИИ СМ МГТУ 
им. Н.Э. Баумана, который демонстрирует особенности современных 
подходов к анализу термических деформаций. 
Для студентов старших курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана машиностроительных специальностей.

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/121/book1643.html

Факультет «Специальное машиностроение»  
Кафедра «Ракетно-космические композиционные конструкции»

Рекомендовано Редакционно-издательским советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

Предисловие

Цель пособия — изложение материала, необходимого для формирования знаний и навыков в области испытаний элементов 
ракетно-космических композитных конструкций. Задачей, решаемой для достижения поставленной цели, является изучение современных методов и средств определения коэффициентов термического расширения композиционных материалов и элементов 
композитных конструкций. Эти цель и задача соответствуют целям 
и задачам курса «Испытания композитных материалов и конструкций».
В настоящем пособии рассмотрены примеры исследования 
коэффициентов термического расширения (КТР) в относительно 
небольшом температурном диапазоне, примерно –40…+80 °С. Эти 
исследования проводились с использованием климатической камеры типа ILKA и тензодатчиков, наклеиваемых на исследуемые 
образцы клеем на основе цианоакрилата. Однако методические 
особенности подготовки, проведения и анализа результатов испытаний могут быть применены и для другого оборудования и измерителей, предназначенных для использования в более широком 
температурном диапазоне.
После изучения материала учебного пособия студенты при- 
обретут навыки самостоятельного планирования и проведения 
(при наличии соответствующего оборудования) экспериментальных исследований КЛТР различных материалов, в том числе композитов.
 

Введение

При создании новых конструкций с применением композитных 
материалов часто требуется знать характеристики упругости и 
прочности этих материалов при повышенной температуре. При 
проектировании размеростабильных конструкций особую роль 
играет точное определение КТР. 
Размеростабильными называются конструкции, к которым 
предъявляются высокие требования по сохранению размеров при 
изменении температуры. К таким конструкциям космического 
назначения относятся космические платформы для размещения 
оптических систем наблюдения и стержневые конструкции самого разного назначения, в том числе – штанги для крепления излучателей космических антенн и телескопов, стержневой каркас 
разворачиваемых и неразворачиваемых антенн. Эти элементы 
конструкций должны обладать высокой жесткостью и прочностью 
при обеспечении минимально возможного влияния перепадов 
температуры. Выполнение всех необходимых требований обеспечивается правильным выбором схем армирования элементов. 
Исходными данными при проектировании конструкций ракетной техники являются, прежде всего, характеристики жесткости 
и КТР, поэтому их экспериментальное определение — это важнейшая задача создания современных космических конструкций. 
Особенно важно как можно более достоверно определить эти характеристики для элементарного слоя. Таким слоем является, как 
правило, однонаправленный слой, в котором армирующие волокна уложены в одном и том же направлении, хотя могут использоваться и слои более сложной структуры. Для уточненного определения КТР слоя может успешно применяться метод идентификации, которому в пособии уделено значительное внимание.
Чаще всего при изготовлении космических размеростабильных 
элементов конструкций используются углепластики, имеющие 
низкие значения КТР в направлении волокон и высокую жесткость. 
Максимальные рабочие температуры для этих материалов обычно 
не превышают +300 °С, а минимальные допустимые температуры 
могут достигать –150 °С. 
Поскольку термические деформации могут оказывать существенное влияние и на применяемые в земных условиях конструкции 
из композитных материалов, в том числе гражданского назначения, 
требуется определение КТР и для таких материалов. Наиболее 
распространенными композитными материалами гражданского 
назначения являются стеклопластики из-за их относительно не