Контроль деформированного состояния и диагностика повреждений композиционных материалов с помощью чувствительных элементов на базе углеродных нитей

• Автор: Басов, Федор Александрович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Глава 1. Анализ состояния исследований. Цель и задачи исследования
1.1 Перспективы применения ИКМ
1.2 Применение УВ в качестве чувствительных элементов ВПКМ
1.3 Цель и задачи исследования
1.4 Выводы по главе
Глава 2. Разработка методики контроля ДС ВПКМ с помощью
чувствительных элементов на базе УН при одноосном
нагружении
2.1 Теоретическая модель тензочувствительности УН, пропитанных связующим, с учетом разрушения элементарных волокон
2.2 Характер зависимости изменения электрического сопротивления УН от относительной деформации в продольном направлении при повторном нагружении
2.3 Расчет максимальной относительной объемной доли УН в ВПКМ
2.4 Контроль ДС однонаправленных ВПКМ при статическом
растяжении
2.5 Диагностика повреждений ВПКМ с помощью чувствительных -элементов на базе УН
2.6 Выводы по главе
Глава 3. Экспериментальные исследования возможности применения
УН в качестве чувствительных элементов ВПКМ
3.1 Экспериментальные исследования тензочувствительности УН УКН-2500 и УКН-5000
3.2 Испытания на статическое растяжение кольцевых образцов из стеклопластика и органопластика с внедренными чувствительными элементами на базе УН

3.3 Экспериментальные исследования возможности диагностики повреждений ВПКМ с помощью чувствительных элементов на базе УН
3.4 Контроль качества технологических процессов изготовления ВПКМ с помощью чувствительных элементов на базе УН
3.5 Анализ результатов эксперимента. Оценка достоверности теоретической модели тензочувствительности УН
3.6 Выводы по главе
Глава 4. Практическое применение разработанных методик контроля
состояния ВПКМ с чувствительными элементами
на базе УН
4.1 Практическое применение чувствительных элементов на базе УН для диагностики состояния ВПКМ
4.2 Учет факторов, оказывающих влияние на электрофизические свойства чувствительных элементов на базе УН
4.3 Оптимизация расположения чувствительных элементов на базе УН в
ВПКМ и анализ информации, поступающей с них
4.4. Перспективы применения чувствительных элементов на базе УН
для контроля состояния ВПКМ при длительном разрушении
4.5 Выводы по главе
Заключение и общие выводы по диссертационной работе
Библиографический список

Изделия из композиционных материалов (КМ) нашли широкое применение благодаря своим прочностным и жесткостным характеристикам, а также коррозионной стойкости. Однако в процессе эксплуатации в КМ накапливаются микроповреждения, которые со временем могут привести к потере работоспособности конструкции. Различные дефекты появляются и при изготовлении КМ. Поскольку разрушение КМ изучено менее подробно, чем металлов [1], их использование в изделиях с повышенными требованиями к надежности (например, в ракетно-космической технике) сопряжено с некоторой долей риска. Как следствие, необходим контроль состояния КМ в режиме реального времени.
Различные методы неразрушающего контроля (ультразвуковой, радио-волновой и т.д.) часто требуют дорогостоящей крупногабаритной аппаратуры. Вести контроль КМ в режиме реального времени (в процессе эксплуатации) с помощью этих методов весьма затруднительно, а то и невозможно.
В связи с вышесказанным особенный интерес вызывают те способы контроля состояния КМ, в которых датчики являются частью исследуемого материала. При этом конструкция из КМ сама «сообщает» о степени своей работоспособности. Такие структуры называют интеллектуальными материалами (ИМ).
Материал является интеллектуальным, если он способен реагировать на изменение внешних и внутренних условий. Под изменением внешних условий можно понимать изменение природных условий, условий эксплуатации или перемещение конструкции в пространстве. Реакцией ИМ является изменение функциональных характеристик устройства [2]. Благодаря этому ИМ позволяют повысить надежность и эффективность конструкции, уменьшить износ и эксплуатационные затраты.
Воздействия, испытываемые ИМ, представлены на рис. 1.1. В общем случае необходимо измерять следующие виды воздействия:

показанного на рис. 2.10 электрическое сопротивление будет измеряться между следующими концами: 2в и 2л, 5в и 2п, 5л и 2н, 5н и 5п. Следует отметить, что если массив УН будет довольно большим, отбросить ложные повреждения таким образом будет весьма затруднительно.
Возможны варианты, когда местное разрушение ВПКМ произойдет между узлами массива УН или в ВПКМ имеется несколько очагов местных разрушений, расположенных близко друг от друга. Тогда для установления их местонахождения потребуется провести довольно сложный анализ. В этом случае найти точные координаты повреждений будет весьма затруднительно. Также весьма затруднительно определить форму местного разрушения, если его размеры превышают расстояние между узлами массива УН. Учитывая сказанное выше, возможен алгоритм, приведенный на рис. 2.11.
Данный алгоритм позволяет определить область повреждений в ВПКМ. При этом область повреждений состоит из всех узлов пересечений поврежденных УН. В случае, если поврежденной будет лишь одна линия, областью повреждений считаются все узлы этой линии. Несмотря на то, что данный алгоритм позволяет определить лишь область повреждений в ВПКМ, отсутствует необходимость измерения электрического сопротивления узлов массива. Следовательно, для реализации данного алгоритма требуется более простое измерительное оборудование, чем для реализации алгоритма, приведенного на рис. 2.9.
2.6 Выводы по главе
1. Анализ литературы показал, что в процессе статического растяжения УН, пропитанных связующем, на изменение электрического сопротивление оказывают влияние три фактора: упругая деформация элементарных волокон, повреждение и разрушение элементарных волокон, изменение количества контактов между смежными элементарными волокнами.