Исследование кинетики разрушения однонаправленного ламината с применением акустикой эмиссии и видеорегистрации

Исследован процесс разрушения пакета однонаправленного ламината при растяжении с помощью акустической эмиссии и видеорегистрации. Изучена кинетика повреждений и разрушений структурных связей в однонаправленном ламинате от действия растягивающей нагрузки с применением акустической эмиссии и синхронно выполняемой видеосъемки. Установлено соответствие между происходящими разрушениями на микро-, мезо- и макромасштабном уровнях пакета ламината и регистрируемыми при этом локационными импульсами, их энергетическими параметрами, формой и спектром. Выполнено тестирование новых критериальных параметров, используемых при акустико-эмиссионном мониторинге, включающих частоту регистрации локационных импульсов в энергетических кластерах и их весовое содержание, а также методики разделения локационных импульсов на кластеры с похожими спектрами. Предложенные параметры позволяют количественно оценивать степень разрушения структурных связей конструкционного материала на всех масштабных уровнях и прогнозировать остаточную прочность изделия. Структурно-феноменологический подход, реализуемый путем разделения всего массива акустико-эмиссионных данных на энергетические кластеры, позволил контролировать степень разрушения структуры материала с применением частоты регистрации и весовое содержание локационных импульсов в кластерах нижнего, среднего и верхнего энергетических уровней. Путем сопоставления событий акустической эмиссии, регистрируемых на стадиях нагружения испытываемых образцов, с кадрами видеосъемки микроисследований накопления повреждений и разрушения структурных связей в пакете однонаправленного ламината установлено соответствие между происходящими разрушениями на микро-, мезо- и макромасштабном уровнях, генерируемыми при этом акустическими волнами и регистрируемыми преобразователями акустической эмиссии локационными импульсами, их энергетическими параметрами, формой и спектром.

1. Проблемы прочности, техногенной безопасности и конструкционного материаловедения / Под ред. Н. А. Махутова, Ю. Г. Матвиенко, А. Н. Романова. — М.: ЛЕНАНД, 2018. — 720 с.

2. Матвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Чернов Д. В. Иванов В. И., Елизаров С. В. Критериальные параметры для оценки степени деградации композитных материалов при акустико-эмиссионном мониторинге изделий / Дефектоскопия. 2018. № 12. С. 3 – 11.

3. Матвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Иванов В. И., Елизаров С. В. Акустико-эмиссионная диагностика процесса разрушения структуры композита при растягивающих, сжимающих и циклических нагрузках / Дефектоскопия. 2016. № 8. С. 30 – 45.

4. Васильев И. Е., Матвиенко Ю. Г., Панков А. В., Калинин А. Г. Применение методики ранней диагностики повреждений при исследовании авиационной панели / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 6. С. 40 – 56.

5. Матвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Чернов Д. В. Диагностика разрушений и повреждений акустико-эмиссионным методом / Приводы и компоненты машин. 2018. № 5. С. 13 – 18.

6. Матвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Чернов Д. В., Панков В. А. Акустико-эмиссионный мониторинг процесса повреждения опорной стойки в условиях циклического нагружения / Дефектоскопия. 2019. № 8. С. 24 – 33.

7. Saeedifar Milad, Najafabadi Mehdi Ahmadi, Zarouchas Dimitrios, Toudeshky Hossein Hosseini, Jalalvand Meisam. Clustering of interlaminar and intralaminar damages in laminated composites under indentation loading using Acoustic Emission / Composites Part B. 2018. Vol. 144. P. 206 – 219.

8. Sause M. G. R. Modeling of acoustic emission sources in fiber reinforced composites / Progress in acoustic emission XVIII. JSNDI-23 & III AE. Kyoto. 2016. P. 305 – 310.

9. Pashmforoush F., Khamedi R., Fotouhi M., Hajikhani M., Ahmadi M. Damage classification of sandwich composites using acoustic emission technique and k-means genetic algorithm / J. Nondestr. Eval. 2014. Vol. 33. № 4. P. 481 – 492.

10. Hill E. K., Foti C. J., Leung N. Y., Palacios A. E. Neural network burst prediction in tall graphite — epoxy vessels from acoustic emission data / Journal of Acoustic Emission. 2012. Vol. 30. P. 167 – 179.

11. Mahil C., Loo Ch., Sasikumar T., Suresh S. Analysis of failure mode and fracture behavior by using acoustic parameter and artificial neural network / Engineering Research Express. 2019. P. 1 – 15.

12. Crivelli D., Guagliano M., Monici A. Development of an artificial neural network processing technique for the analysis of damage evolution in pultruded composites with acoustic emission. Composite Part B: Engineering. 2014. Vol. 56. January. P. 948 – 959.

13. Li L., Lomov S. V., Yan X. Correlation of acoustic emission with optically observed damage in a glass epoxy woven laminate under tensile loading / Composite Structure. 2015. Vol. 123. P. 45 – 53.

14. Saravanakumar K., Arumugam V. Effect of milled glass fibers on quasi-static indentation and tensile behavior of tapered laminates under acoustic emission monitoring / Engineering Fracture Mechanics. 2018. Vol. 201. P. 36 – 46.

15. Abderrahim El Mahi, Hajer Daoud, Jean-Luc Rebiere, Isabelle Gimenez, Mohamed Taktak and Mohamed Haddar. Damage mechanisms characterization of flax fibers-reinforced composites with interleaved natural viscoelastic layer using acoustic emission analysis / Journal of Composite Materials. Review. 2019. Vol. 0(0). P. 1 – 15.

16. Mahmoud R. Abusrea, Seung-Wook Han, Kazuo Arakawa, Nak-Sam Choi. Bending strength of CFRP laminated adhesive joints fabricated by vacuum-assisted resin transfer molding / Composites Part B. 2019. Vol. 156. P. 8 – 16.

17. Степанова Л. Н., Батаев В. А., Чернова В. В. Исследование разрушения образцов из углепластика при статическом нагружении с использованием методов акустической эмиссии и фрактографии / Дефектоскопия. 2017. № 6. С. 26 – 33.

18. Степанова Л. Н., Рамазанов И. С., Чернова В. В. Вейвлет-анализ структуры сигналов акустической эмиссии при прочностных испытаниях образцов из углепластика / Контроль. Диагностика. 2015. № 7. С. 54 – 62.

19. Eaton M., Holford K., Featherston C. and Pullin R. Damage in Carbon Fibre Composites: The Discrimination of Acoustic Emission Signals Using Frequency / Journal of Acoustic Emission. 2007. Vol. 25. N 1. P. 140 – 148.

20. Sause M. G. R. Acoustic Emission Signal Propagation in Damaged Composite Structures / Journal of Acoustic Emission. 2013. Vol. 31. № 1. P. 1 – 18.

21. Andreas J. Brunner. Acoustic emission analysis for identification of damage mechanisms in fiber-reinforced polymer composites and structural integrity assessment: Selected examples and challenges / Progress in acoustic emission XVIII, JSNDI & III AE. Kyoto. 2016. P. 287 – 292.

22. Махутов Н. А., Иванов В. И., Васильев И. Е., Чернов Д. В. Моделирование опасных неустойчивых состояний при формировании насыпного конуса стеклогранулята / Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2019. № 1. С. 3 – 21.