Идентификация расслоений в композиционных материалах

Внедрение: 2020 г.

В настоящей работе [1] предлагается эффективный подход, позволяющий распознавать наличие неоднородности в композиционных материалах, основанный на контроле изменения параметров поверхностных волновых полей.

В работе предлагается подход, цель которого – по отклику поверхности среды на ударное воздействие получить информацию о состоянии среды. В качестве образца рассмотрен двухслойный материал. Первый слой – полоса из пенополистирола, моделирующая заполнитель сэндвич-композита, 2‑ой слой – тонкий из плотной лакостеклоткани, моделирует несущий слой сэндвич-композита.

Ударное возмущение осуществляется электромагнитным механизмом, обеспечивающим постоянство условий импульсного возмущения во всех сериях экспериментов. Колебания исследуемой точки поверхности среды регистрируется калиброванным малогабаритным ICP-акселерометром 352A24 фирмы PCB Piezotronics (США). Сигнал с акселерометра усиливается предварительным ICP усилителем ZETLAB 440. Аналоговые сигналы подаются на вход модуля АЦП E14‑140, обрабатываются на компьютере программой PowerGraph и сохраняются для дальнейшей математической обработки. Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки.

Было рассмотрено несколько вариантов модели сэндвич-композита: 1 – полоса пенополистирола с равномерно наклеенным на верхней стороне поверхности слоем лакостеклоткани; 2 – искусственно созданный в середине образца композита отрыв лакостеклоткани, моделирующий дефект типа "расслоение" ("непроклей") шириной 18 мм; 3 – жесткое включение (стальная пластина шириной 18 мм) в середине образца под слоем лакостеклоткани.

Измерения производились датчиками, расположенными в "ближней" (до расслоения) и "дальней" (после расслоения) зонах поверхности. Датчик, расположенный в "ближней" зоне, регистрирует отраженную от дефекта волну; датчик, расположенный в "дальней" зоне, регистрирует прошедшую через дефект волну. Исследовалась возможность обнаружения и эффективность распознавания наличия дефекта и его типа по отраженному или по прошедшему волновому полю. Для каждого варианта модели были проведены серии по пять измерений с целью подтверждения повторяемости эксперимента

На рисунке 2 представлены акселерограммы волнового поля, измеренные на поверхности композита датчиком, находящимся в "дальней" зоне, в различные интервалы времени. Линии, отмеченные цифрой 1, соответствуют поверхностному волновому полю для неповрежденного (без дефектов) композита, цифрой 2 – волновому полю для композита с расслоением, цифрой 3 – для композита с жестким включением под слоем лакостеклоткани. По оси абсцисс отложено время в миллисекундах, по оси ординат – вертикальная компонента ускорения (мВ). Различными типами линий на рисунке 2 представлены результаты повторяющихся экспериментов для одной и той же модели композита. Графики демонстрируют достаточно высокую степень повторяемости регистрируемого сигнала, что свидетельствует о хорошем качестве проведенного эксперимента.

Рисунок 2. Акселерограмма точки поверхности в дальней зоне (прошедшая поверхностная волна).

Результаты проведенных экспериментов показали, что при распознавании наличия дефекта и определения его типа в сэндвич-композите информативным является как прошедшая, так и отраженная волна. Лучшие результаты распознавания дефектов удалось достигнуть при использовании акселерограмм от прошедшей волны. 

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научных проектов: 18‑38‑00871‑мол_а, 18‑08‑01012, 19‑48‑230042‑р_а.

Источник:
Бочарова О.В., Анджикович И.Е., Лыжов В.А., Седов А.В., Калинчук В.В. Об одном методе идентификации расслоений в композиционных материалах // Экологический вестник научных центров ЧЭС. – 2020. – Т. 17, № 1, ч. 1. – C. 49‑56.

Разработчик: Бочарова О.В., Анджикович И.Е., Лыжов В.А., Седов А.В., Калинчук В.В (Южный научный центр РАН, г. Ростов-на-Дону)