I materiali compositi sono sempre più popolari. Uno dei materiali compositi primari per le strutture moderne è la plastica rinforzata con fibra di vetro (GFRP), che è comunemente usato nell'aviazione, trasporti moderni e centrali eoliche. Gli scienziati della South Ural State University hanno condotto studi approfonditi sulle proprietà balistiche del GFRP per migliorare l'efficienza del suo utilizzo.
GFRP è relativamente economico e ha un'elevata resistenza. Però, praticamente tutti i risultati ben noti relativi alle caratteristiche balistiche del GFRP non tengono conto dei vari carichi che si verificano durante il funzionamento delle strutture o considerano velocità di carico relativamente a basso impatto. Allo stesso tempo, un problema riscontrato più frequentemente sono gli impatti ad alta velocità. Il team di scienziati dell'Istituto di ingegneria e tecnologia della SUSU ha determinato le caratteristiche balistiche della plastica rinforzata con fibra di vetro sotto l'esposizione a carichi operativi ad alta velocità di carico d'impatto.
"Spesso, nasi dei treni moderni, prodotti con materiali compositi, sono esposti ad urti durante la marcia del treno. Abbiamo studiato l'influenza della forza d'urto su una piastra in materiale composito sotto il normale carico operativo. Abbiamo allungato il campione, creando una condizione tesa, e poi determinato le sue proprietà balistiche in un impatto, " dice uno degli autori del progetto, Mikhail Zhikharev.
Per lo studio delle proprietà balistiche è stato utilizzato un banco prova accelerazione compatto. Durante l'esperimento, un supporto balistico è stato posto all'interno della macchina di prova per allungare il campione al valore dato di carico preliminare. La velocità del proiettile variava da 100 a 800 m/s per ogni livello di carico.
Per ricevere il quadro completo delle proprietà del GFRP, una simulazione ANSYS Workbench ha utilizzato elementi finiti di piastre precaricate ed esposte a un impatto balistico. I risultati della modellazione numerica erano sufficientemente vicini ai dati ottenuti nel corso dell'esperimento reale.
"Abbiamo determinato le dipendenze del valore limite balistico dal valore del precarico, " spiega Mikhail Zhikharev. "In questo modo abbiamo determinato che il limite balistico di una piastra in vetroresina si riduce del 15 percento sotto carico fino al 50 percento dal limite di resistenza ultima. Tenendo conto dei dati ottenuti, moderni treni e tram realizzati in vetroresina possono essere progettati più resistenti ai carichi operativi. Ciò aumenterà la loro affidabilità e durata."
