Исследование возможности обнаружения трещин в полимерном композиционном материале

Аннотация

Проведенный анализ работ по неразрушающему контролю полимерных композиционных материалов на основе углеродного волокна показал, что основными и опасными дефектами конструкций из этих материалов являются деформация и разрыв волокон, несплавления и вызванные ударом расслоения, а также усталостные трещины, возникающие под действием циклических нагрузок. Подобные дефекты наиболее сложно обнаружить методами неразрушающего контроля. Сделан вывод, что указанные сложно диагностируемые дефекты можно обнаруживать нормальными волнами SV-поляризации. Согласно результатам анализа имеющихся данных по моделированию распространения нормальных волн SV-поляризации, для решения задачи моделирования влияния геометрии дефекта на параметры нормальных волн актуально применение классической теории деформации. В результате моделирования влияния наличия плоскостного дефекта (трещины) на распространение нормальных волн SV-поляризации предложен критерий оценки угла наклона трещины в материале, выявлены диапазоны изменения фазовых скоростей, которые позволяют определить угол наклона трещины, расслоение и вертикальную трещину. Экспериментальная проверка образцов, изготовленных из полимерного композиционного материала на основе углеродного волокна с плоскостными трещинами, заложенными в толщине пластин, подтвердила результаты моделирования влияния указанных трещин на параметры распространения нормальной волны SV-поляризации

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Елизаров П.Г., Дерябин А.А., Дегтярев М.Н. и др. Исследование возможности обнаружения трещин в полимерном композиционном материале. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2023, № 5 (110), с. 32--47. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2023-5-32-47

Литература

[1] Ochoa P., Villegas I.F., Groves R.M., et al. Diagnostic of manufacturing defects in ultrasonically welded thermoplastic composite joints using ultrasonic guided waves. NDT E Int., 2019, vol. 107, art. 102126. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2019.102126

[2] Toyama N., Takatsubo J. Lamb wave method for quick inspection of impact-induced delamination in composite laminate. Compos. Sci. Technol., 2004, vol. 64, iss. 9, pp. 1293--1300. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2003.10.011

[3] Masserey B., Raemy C., Fromme P. High-frequency guided ultrasonic waves for hidden defect detection in multi-layered aircraft structures. Ultrasonics, 2014, vol. 54, iss. 7, pp. 1720--1728. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2014.04.023

[4] Rose J.L. Ultrasonic guided waves in solid media. Cambridge Univ. Press, 2014.

[5] Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М., Наука, 1966.

[6] Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред. М., Наука, 1982.

[7] Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М., Наука, 1973.

[8] Бобров В.Т., Лебедева Н.А. О характере отражения и трансформации импульса волн Лэмба на кромке и на дефекте типа риски. Ультразвуковые методы неразрушающего контроля. Матер. Всесоюз. науч.-техн. конф. Киев, 1970, c. 99.

[9] Веревкин В.М., Паврос С.К. Развитие ультразвуковых методов и средств автоматизированного контроля листового проката. Известия ГЭТУ, 1997, № 505, c. 11--31.

[10] Жэн Б.-К., Лу Л. Нормальные волны в упругом слоистом полупространстве. Акустический журнал, 2003, т. 49, № 4, c. 501--513.

[11] Алешин Н.П., Дерябин А.А. Разработка критериев оценки типов дефектов сварных соединений тонкостенных труб волнами Лэмба. 1. Дифракция волн Лэмба. Плоскостной дефект. Сварка и диагностика, 2007, № 4, c. 24--26.

[12] Алешин Н.П., Дерябин А.А. Разработка критериев оценки типов дефектов сварных соединений тонкостенных труб волнами Лэмба. 2. Дифракция волн Лэмба. Объемный дефект. Сварка и диагностика, 2007, № 4, c. 26--28.

[13] Алешин Н.П., Дерябин А.А. Разработка критериев оценки типов дефектов сварных соединений тонкостенных труб волнами Лэмба. Контроль. Диагностика, 2008, № 2, c. 30--33.

[14] Дерябин А.А. Решение задачи дифракции волн Лэмба для объемных и плоскостных дефектов. Известия вузов. Машиностроение, 2008, № 7, c. 72--79.

[15] Orta A.H., Vandendriessche J., Kersemans M., et al. Modeling Lamb wave propagation in visco-elastic composite plates using a fifth-order plate theory. Ultrasonics, 2021, vol. 116, art. 106482. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultras.2021.106482