Ранняя диагностика зон повреждения и разрушения композиционных материалов с использованием хрупких тензоиндикаторов и акустической эмиссии

Рассмотрено комплексное использование акустико-эмиссионного метода и хрупких оксидных тензоиндикаторов при диагностике на ранней стадии деформирования зон повреждения и разрушения в образцах полимерных композиционных материалов (ПКМ). Для реализации предложенной методики использованы комплексные параметры и разработано программное обеспечение, включающее кластерный анализ и классификацию регистрируемых импульсов АЭ, что дало возможность в режиме on-line отличать сигналы образования трещин в хрупком слое тензоиндикатора от всех других сигналов, возникающих на ранней стадии деформирования образцов ПКМ. Использование акустико-эмиссионной диагностики и контрольной видеосъемки для регистрации трещин в хрупком оксидном тензоиндикаторе с величиной пороговой деформации 1000 мкм/м позволило на ранней стадии нагружения при уровне нагрузки, составляющем 10 - 15 % от предельной, задолго до начала активной фазы деградации структуры ПКМ точно диагностировать зону предстоящего разрушения образца, выявлять поля распределения наибольших главных деформаций в области трещинообразования тензоиндикатора и проводить количественную их оценку.

brittle tenso-sensitive coating, crack, acoustic emission, AE pulse, descriptor, fracture, хрупкий тензоиндикатор, трещина, акустическая эмиссия, сигнал, дескриптор, разрушение

1. Durelli A., Phillips E., Tsao C. Introduction to the theoretical and experimental analysis of stress and strain. - NY: McCraw Hill Book Comp., 1958. - 498 p.

2. Пригоровски З H. И., Панских В. К. Метод хрупких тензочувствительных покрытий. - М.: Наука, 1978. - 183 с.

3. Handbook on experimental mechanics / Edited by A. S. Kobayashi. - Prentice-Hall: Society for Experimental Mechanics, Inc., 1987. - 1002 p.

4. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений: Справочник / Под ред. Н. И. Пригоровского. - М.: Машиностроение, 1983. - 248 с.

5. Прочность, ресурс, живучесть и безопасность машин / Под ред. Н. А. Махутова. - М.: КД Либроком, 2008. - 574 с.

6. Напряженно-деформированные состояния ЖРД / Под ред. Н. А. Махутова, В. С. Рачука. - М.: Наука, 2013. - 646 с.

7. Ушаков Б. H., Васильев И. Е., Салин А. Н. Анализ напряжений в сложных натурных конструкциях методом хрупких покрытий / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2004. № 1. С. 96- 104.

8. Махутов Н. А., Ушаков Б. H., Васильев И. Е. Применение хрупких тензочувствительных покрытий для оценки прочности и выявления дефектов в сварных швах трубопроводов / Вестник машиностроения. 2011.№2. С. 44 - 48.

9. Пат. 2403564 Российская Федерация, МПК G01N 29/14. Устройство для диагностики предельного состояния и раннего предупреждения об опасности разрушения материалов и изделий / Васильев И. E., Иванов В. И., Махутов Н. А., Ушаков Б. H.; заявитель и патентообладатель Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН. - № 2009100183/28, заявл. 10.11.10. Бюл. №31.

10. Махутов Н. А., Шемякин В. В., Ушаков Б. H., Петерсен Т. Б., Васильев И. Е. Применение акустической эмиссии для контроля за процессом образования трещин в хрупких оксидных тензоиндикаторах / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2011. Т. 77. № 6. С. 41 - 44.

11. Иванов В. И., Власов И. Э. Метод акустической эмиссии. Неразрушающий контроль: Справочник. В 7 т. / Под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 7. Кн. 1. - М.: Машиностроение, 2005. - 340 с.

12. Махутов Н. А., Фомин А. В., Иванов В. И., Перьмяков В. H., Васильев И. Е. Комплексная диагностика предельных состояний и раннего предупреждения аварийных состояний конструкций / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2013. №2. С. 46-51.

13. Матвиенко Ю. Г., Фомин А. В., Иванов В. И., Северов П. Б., Васильев И. Е. Комплексное исследование дефектов в изделиях из композиционных материалов с применением хрупких тензопокрытий и акустической эмиссии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2014. Т. 80. № 1. С. 46 - 50.

14. Матвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Иванов В. И., Елизаров С. В. Акустико-эмиссионные свойства оксидных тензоиндикаторов и распознавание сигналов при образовании трещин в хрупком слое покрытия / Дефектоскопия. 2015. № 1. С. 48 - 60.

15. Suzuki H., Takemoto M., Ono K. A Study of Fracture Dynamics in a Model Composite by Acoustic Emission Signal Processing / J. Acoustic Emission. 1993. Vol. II. N3.P.117- 128.

16. Bohse J. Damage Analysis of Polymer Matrix Composites by Acoustic Emission Testing / Proceedings 26th European Conference on Acoustic Emission Testing (EWGAE 2004), September 15 - 17, 2004. Berlin, Germany. Lecture 33. P. 339 - 348.

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

18. 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 / J. Acoustic Emission. 2012. Vol. 30. P. 167 - 179.