Применение акустической эмиссии и видеорегистрации для мониторинга кинетики повреждений при сжатии композитных образцов

Рассмотрены результаты исследования разрушения партии образцов полимерного композитного материала (ПКМ) при сжатии. В ходе проводимых экспериментов изучали кинетику повреждений и разрушений структурных связей в пакете ПКМ от действия сжимающей нагрузки с применением акустической эмиссии и видеосъемки. Устанавливали соответствия между происходящими разрушениями на микро-, мезо- и макромасштабном уровнях пакета ПКМ и регистрируемыми при этом локационными импульсами, их энергетическими параметрами, формой и спектром. Тестировали новые критериальные параметры, включающие активность регистрации локационных импульсов в энергетических кластерах и их весовое содержание. Структурно-феноменологический подход, реализуемый путем разделения всего массива акустико-эмиссионных данных на энергетические кластеры, позволил контролировать степень разрушения структуры материала с применением активности регистрации и весового содержания локационных импульсов в кластерах нижнего, среднего и верхнего энергетических уровней. Сопоставление событий акустической эмиссии, регистрируемых на стадиях нагружения испытываемых образцов, с кадрами видеосъёмки разрушения структурных связей в пакете ПКМ дало возможность установить соответствие между происходящими разрушениями и регистрируемыми импульсами акустической эмиссии, их параметрами, формой и спектром.

1. Матвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Чернов Д. В. Исследование кинетики разрушения структурных связей однонаправленного ламината с применением акустической эмиссии и видеорегистрации / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 11. С. 45 – 61. DOI: 10.26896/ 1028-6861-2019-85-11-45-61

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

3. Композиционные материалы: справочник / Под. ред. В. В. Васильева, Ю. М. Тарнопольского. — М.: Машиностроение. 1990. — 512 с.

4. Гузь А. Н. Механика разрушения композиционных материалов при сжатии. — Киев: Наукова Думка, 1990. — 628 с.

5. Полилов А. Н. Экспериментальная механика композитов. — М.: Изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. — 376 с.

6. Гольдштейн Р. В., Шифрин Е. И., Шушпанников П. С., Трунин Ю. П., Фагалов В. Ф. Способ расчета остаточной прочности образцов из ПКМ при одноосном сжатии с учетом поврежденной ударом зоны. — В сб.: Результаты фундаментальных исследований в прикладных задачах авиастроения / Под ред. С. Л. Чернышова. — М.: Наука, 2016. С. 430 – 442.

7. López-Alba Elías, Schmeer Sebastian and Díaz Francisco. Energy absorption capacity in natural fiber reinforcement composites structures / J. Materials. 2018. Vol. 11. P. 418 – 436. DOI: 10.3390/ma11030418

8. Bessa M. Meso-mechanical model of the structural integrity of advanced composite laminates / Ph.D. Dissertation. — Faculty of engineering University of Porto, 2010. — 204 p.

9. Олейников А. И. Оценка статической прочности слоистых композитов / Ученые записки ЦАГИ. 2019. Т. 50. № 4. С. 53 – 66.

10. Фагалов В. В., Трунин Ю. П. Экспериментальное определение характеристик прочности, трещиностойкости, ударостойкости и усталости плоских образцов из композиционных материалов / Труды межд. Конференции «Живучесть и конструкционное материаловедение». (ЖИВКОМ-2012). Т. 1. — М.: РАН. РФФИ, 2012. С. 314 – 323.

11. González C., Vilatela J. J., Molina-Aldareguiía J. M. Structural composites for multifunctional applications: Current challenges and future trends / Progr. Mater. Sci. 2017. N 89. P. 194 – 251.

12. Sairajan K. K., Aglietti G. S., and Mani K. M. A review of multifunctional structure technology for aerospace applications / Acta Astronautica. 2016. Vol. 120. P. 30 – 42.

13. Hamdi K., Aboura Z., Harizi W., and Khellil K. Structural health monitoring of carbon fiber reinforced matrix by the resistance variation method / Journal of Composite Material. Review. 2020. N 9. P. 56 – 68. DOI: 10.1177/0021998320921476

14. Васильев И. Е., Матвиенко Ю. Г., Чернов Д. В., Елизаров С. В. Мониторинг накопления повреждений в кессоне стабилизатора планера МС-21 с применением акустической эмиссии / Проблемы машиностроения и автоматизации. 2020. № 2. С. 118 – 141.

15. 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. DOI: 10.1134/S1061830918120070.