Применение методов акустической эмиссии и вибродиагностики при испытаниях композитных образцов на сжатие

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассмотрена методология совместного применения акустико-эмиссионной диагностики (АЭД), вибродиагностики (ВБД) и видеосъемки для мониторинга несущей способности образцов из полимерного композитного материала (ПКМ) при испытаниях на сжатие. Испытываемые образцы, вырезанные из композитной панели, были разделены на пять групп по два образца в каждой. Перед испытанием на сжатие образцы второй группы подвергались ударному воздействию с энергией 50 Дж, третьей — 70 Дж, четвертой — 90 Дж, пятой — 110 Дж. Оценка состояния поврежденности образцов в процессе сжатия осуществлялась с применением АЭД, ВБД и видеосъемки. Полученные результаты подтвердили высокую эффективность комплексного применения этих методов. Их совместное применение позволило не только осуществлять мониторинг уровня несущей способности образцов в режиме нагружения, но и на стадии предельного деформирования материала отслеживать последовательность механизмов эволюции разрушения многослойного углепластика при сжатии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Юрий Григорьевич Матвиенко

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Email: ygmatvienko@gmail.com
SPIN-код: 2085-8281
Россия, 101990 Москва, Малый Харитоньевский пер., 4

Игорь Евгеньевич Васильев

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Email: vie01@rambler.ru
SPIN-код: 2770-5114
Россия, 101990 Москва, Малый Харитоньевский пер., 4

Валерий Юрьевич Фурсов

Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: 97dis@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-0456-7034
Россия, 101990 Москва, Малый Харитоньевский пер., 4

Список литературы

  1. ГОСТ 33495—2015. Композиты полимерные. Метод испытания на сжатие после удара. М.: Стандартинформ, 2016. 20 с.
  2. ASTM D 7137 / D7137M — 17. Standard Test Method for Compressive Residual Strength Properties of Damaged Polymer Matrix Composite Plates / TBT Committee. Last Up. June 14. 2023. 16 p.
  3. Composite Materials. Handbook. V. 3. Polymer matrix composites materials usage, design, and analysis. Series MIL-HDBK-17/Department of Defense USA. Fort Washington: Materials Sciences Corporation. 2002.
  4. Дударьков Ю.И., Лимонин М.В. Экспериментальные исследования влияния энергии низкоскоростного удара на остаточную прочность силовых панелей из ПКМ // Механика композиционных материалов и конструкций. 2024. Т. 30. № 1. С. 72—84.
  5. Голован В.И., Дударьков Ю.И., Левченко Е.А., Лимонин М.В. Несущая способность панелей из композиционных материалов при наличии эксплуатационных повреждений // Труды МАИ. 2021. № 110. С. 5—26.
  6. Мольков О.Р., Больших А.А. Методика по определению уровня деградации упругих свойств композитных панелей больших толщин под воздействием низкоскоростных ударных воздействий // Инженерный журнал: наука и инновации. 2024. № 8. С. 1—22.
  7. Митряйкин В.И., Беззаметнов О.Н. Прочность многослойных пластин с ударными повреждениями // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2022. Т. 164. Кн. 2—3. С. 206—220.
  8. Кудрявцев О.А., Оливенко Н.А., Сапожников С.Б., Игнатова А.В., Безмельницын А.В. Оценка повреждений и остаточной прочности слоистого композита после низкоскоростного удара с использованием индикаторных покрытий // Механика композитных материалов. 2021. Т. 57. № 5. С. 839—852.
  9. Wagih A., Sebaey T. A., Yudhanto A. and Lubineau G. Post-impact flexural behavior of carbon-aramid/epoxy hybrid composites // Composite Struct. 2020. V. 239. P. 1120—1122.
  10. Sun C., Hallett R. Failure mechanisms and damage evolution of laminated composites under compression after impact (CAI): Experimental and numerical study // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018. V. 104. Р. 41—59.
  11. Махутов Н.А., Васильев И.Е., Фурсов В.Ю., Скворцов Д.Ф. Комплексное применение методов акустической эмиссии и вибродиагностики при статических испытаниях образцов на растяжение с комбинированным концентратором // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2024. № 4. С. 86—92.
  12. Васильев И.Е. Комплексное определение деформированного, поврежденного и предельного состояния при механическом воздействии / Дис. … доктора техн. наук. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2024. 331 с.
  13. Матвиенко Ю.Г., Махутов Ю.Г., Васильев И.Е., Чернов Д.В. Мониторинг кинетики разрушения композитных материалов с применением акустико-эмиссионной диагностики // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. № 11. С. 53—66.
  14. Матвиенко Ю.Г., Васильев И.Е., Чернов Д.В. Применение акустической эмиссии и видеорегистрации для мониторинга кинетики повреждений при сжатии композитных образцов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021. Т. 87. № 4. С. 45—61.
  15. Бигус Г.А., Даниев Ю.Ф., Быстрова Н.А., Галкин Д.И. Основы диагностики технических устройств и сооружений. M.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. 445 с.
  16. Егорова Е.В., Аксяитов М.Х., Рыбаков А.Н. Методы повышения эффективности вейвлет преобразований при обработке, сжатии и восстановления радиотехнических сигналов / Монография. Тамбов: Консалт. Комп. «Юком», 2019. 84 с.
  17. Иванов В.Э., Ун Чье Ен. Модульные вейвлет фильтры: модели, алгоритмы и средства / Под ред. Уна Чье Ена. Хабаровск: Изд. ТОГУ, 2020. 175 с.
  18. Mallat S.G. A Wavelet Tour of Signal Processing. The Sparse Way. Elsevier: Academic Press, 2009. 805 p.
  19. Асламов Ю.П., Асламов А.П., Давыдов И.Г., Цурко А.В. Эффективность использования скалограммы для оценки технического состояния роторного оборудования // Доклады БГУИР. Минск: Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники. 2018. Т. 112. № 2. С. 12.
  20. Гулай А.В., Зайцев В.М. Интеллектная технология вейвлет-анализа вибрационных сигналов // Доклады БГУИР. Минск: Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники. 2019. Т. 126. № 7—8. С. 101—108.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Повреждения на лицевой (а) и боковой (б) поверхностях образца после ударного воздействия с уровнем энергии 90 Дж.

Скачать (810KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Образец ПКМ при испытаниях на сжатие на стенде MTS-50: 1 — испытываемый образец; 2, 3 — ПАЭ, закрепленные на его поверхности; 4 — самоцентрирующаяся оправка; 5 — верхняя траверса; 6 — оправка пуансона; А и В — акселерометры.

Скачать (459KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вид сбоку разрушений образцов, отмеченных стрелками, возникших при сжатии, вызвавших локальную потерю устойчивости и снижение несущей способности: Е = 0 Дж (а); 50 Дж (б); 70 Дж (в); 90 Дж (г); 110 Дж (д).

Скачать (285KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Результаты АЭД, зарегистрированные при испытании на сжатие образца, подвергнутого ударному воздействию с уровнем энергии 110 Дж.

Скачать (527KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Динамика изменения показателей несущей способности ВWH и ВWC слоистого углепластика при испытаниях на сжатие образцов (а, б) без удара и с энергией 50 Дж (в, г), 70 Дж (д, е), 90 Дж (ж, з), 110 Дж (и, к).

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сигнал, зарегистрированный акселерометром А при испытаниях образца без ударного воздействия, в процессе смятия его торцов, расслаивания пакета ПКМ и потери несущей способности при повышении усилия сжатия до Р = –45,6 кН.

Скачать (192KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Скалограмма частотно-временного распределения амплитуд ускорений импульсов макроразрушений, зарегистрированных в период потери образцом несущей способности.

Скачать (212KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Смятие и расслаивание слоистого углепластика вблизи нижнего (а) и верхнего (б) торцов образца.

Скачать (505KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Сигнал, зарегистрированный акселерометром А при испытаниях образца после ударного воздействия с энергией 90 Дж, в процессе смятия его торцов, расслаивания, прогиба, локального выпучивания, слома наружных слоев и потери несущей способности при повышении усилия сжатия до Рmax = –50 кН.

Скачать (174KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Потеря образцом несущей способности при испытаниях на сжатие (а), вызванная расслаиванием, выпучиванием и сломом наружных слоев (б) в месте удара: 1 — образец; 2 — преобразователи акустической эмиссии; 3 — акселерометр А; → — деламинация и слом слоев углепластика.

Скачать (242KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Скалограмма частотно-временного распределения амплитуд ускорений импульсов макроразрушений, зарегистрированных в период потери образцом несущей способности.

Скачать (233KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025