Методика и аппаратура активного теплового контроля воды в авиационных сотовых конструкциях

• Автор: Климов, Алексей Григорьевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Г лава 1. Активные методы теплового неразрушающего контроля
конструкционных материалов (обзор)
1.1 Краткая историческая справка, современное состояние
ИК термографии и ее применений в России
1.2 Терминология ТК
1.3 Основные модели активного ТК
1.4 Базовые процедуры ТК
1.5 Нестационарное уравнение теплопроводности
1.6 Теплофизические характеристики (ТФХ) материалов
1.7 Классические решения теории теплопроводности
1.8 Информативные параметры теплового контроля
1.9 Прямые и обратные задачи теплового контроля
1.10 Выводы по Главе 1. Основные положения активного ТК применительно к обнаружению воды в сотовых конструкциях
Глава 2. Моделирование процедур активного теплового контроля
воды в сотовых конструкциях
2.1 «Классическая» модель обнаружения воды в
отдельной ячейке сотовой конструкции
2.2 Развитая модель сотовой конструкции
2.3 Теплофизическое описание дефектов
2.4 Численные методы
2.5 Коммерческие пакеты для численного решения задач теплового контроля
2.6 Эффект неполного заполнения ячейки водой
и влияние клеевого слоя
2.7 Тепловая текстура ячеек
2.8 Оптимизация нагрева при ТК алюминиевых сот
2.9 Сравнение выявляемое воды в алюминиевых, углепластиковых и стеклопластиковых сотах
2.10 Выводы по Главе
Глава 3.Компьютерная система активного теплового контроля
воды в сотах
3.1 Обзор коммерческих систем активного ТК
3.2 Общее описание экспериментальной аппаратуры
3.3 Обзор источников теплового нагружения
3.4 Оптические источники нагрева, использованные в
данной работе
3.5 Определение эффективной энергии (мощности) нагрева
3.6 Компьютерная система записи термограмм
3.7 Программа обработки термограмм
3.8 Методика проведения экспериментов
3.9 Выводы по Г лаве
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований
4.1 Образцы сотовых изделий
4.2 Сравнение теории и эксперимента:
модельный эксперимент
4.3 Результаты экспериментальных исследований
4.4 Стеклопластиковые соты
4.5 Углепластиковые соты
4.6 Алюминиевые соты
4.7 Оценка массы воды в ячейках
4.8 Выводы по Главе
Глава 5.Разработка методики активного теплового контроля
воды в сотовых изделиях
5.1 Обзор выполненных теоретических и экспериментальных исследований
5.2 Моделирование и оптимизация процедур ТК
5.3 Анализ шумов и оптимальный эксперимент
5.4 Обработка нестационарной температурной информации
5.5 Выводы по Главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность диссертационных исследований
В российских и зарубежных самолетах нового поколения широко применяют так называемые новые конструкционные материалы, к которым, в частности, относят композиционные и сотовые структуры, отличающиеся высокой прочностью при малом удельном весе. Материалы и изделия из них характеризуется специфическими дефектами, которые образуются в процессе производства, а также в ходе эксплуатации самолетов. Так, например, одним из популярных материалов в авиакосмической технике является углепластик (достаточно сказать, что французский истребитель Mirage в значительной степени изготовлен из этого материала), который подвержен растрескиваниям вследствие ударов и расслоениям вследствие переменных нагрузок. Сотовые конструкции представляют собой две обшивки, между которыми находится ячеистая сотовая структура, причем комбинации материалов, использующихся для обшивки и сот, могут быть весьма разнообразными. В отечественном авиастроении наиболее распространены алюминиевые соты, в которых обшивка выполнена из дюралюминиевых листов толщиной 0.5-1.5 мм, а соты изготовлены из дюралюминиевой фольги толщиной 0.1 мм. Такие структуры использованы в российских самолетах последнего поколения ИЛ-76, ИЛ-86 и др., а также в европейских аэробусах А-310 (Airbus Industry). Сотовые конструкции, выполненные из полимерных композиционных материалов (ПКМ), применяют на российских самолетах АН-72, ИЛ-96, ТУ-204, вертолетах Ка-50. Комбинированные конструкции, включающие обшивку из ПКМ металлическе соты, использованы на самолете АН-124 "Руслан".
Основными дефектами сотовых конструкций являются: 1) отслоение сот от обшивки вследствие непроклеев и смятия сот (данный вид дефекта возникает как в силу технологических причин, так и в ходе эксплуатации самолетов); 2) вода, заполняющая полностью или частично одну или более

теплопроводные материалы характеризуются большими значениями а. Тепловая инерция характеризует тепловое согласование двух сред (1 и 2) и определяет, например, коэффициенте отражения тепловой волны Г :
Г =0 означает отсутствие теплового контакта, Г=Т соответствует случаю, в котором второй материал является абсолютным проводником тепла, и Г= -1 имеет место, если второй материал является абсолютным теплоизолятором.
Еще одной динамической характеристикой теплопроводности в твердом теле является длина тепловой диффузии у [ м ]
которая связана с частотой гармонического потока нагрева / [Л;]. Этот параметр вводится в теории тепловых волн и выражает тот факт, что низкочастотные волны проникают в твердое тело до больших глубин (или тепловая волна фиксированной частоты проникает глубже в материал с большей температуропроводности). В ТК длина тепловой диффузии является оценкой глубины обнаружения дефектов в односторонней процедуре при тепловой стимуляции объекта тепловыми волнами различной частоты.
1.7 Классические решения теории теплопроводности
Исчерпывающий анализ проблем нестационарной теплопроводности содержится в фундаментальной монографии X. Карслоу и Т. Егера [27], которая рассматривается многими поколениями исследователей в качестве «библии» теории теплопроводности. В России аналогичную роль выполняет широко известная книга A.B. Лыкова [28]. В этих двух работах можно
г е-*

(1.12)
(1.13)