Развитие оптического метода исследования/контроля деформации и разрушения композиционных материалов, армированных углеродными волокнами

• Автор: Бурков, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Обзор методов исследования композиционных материалов

1.1 Методы контроля, исследования процессов деформации и разрушения композиционных материалов

1.1.1 Радиационные методы контроля

1.1.2 Вихретоковый метод неразрушающего контроля

1.1.3 Акустические методы контроля

1.2 Оптические методы неразрушающего контроля

1.2.1 Термография

1.2.2 Метод корреляции цифровых изображений (DIC)

1.2.3 Метод сдвиговой спекл-интерферометрии (ширография)

1.3 Комбинирование акустических и оптических методов неразрушающего контроля
1.4 Диагностика состояния конструкционных материалов с помощью датчиков деформации интегрального типа
1.5 Постановка задачи исследования
2 Материалы и методика исследования
2.1 Исследуемые композиционные материалы
2.2 Методика обработки данных в методе корреляции цифровых изображений и методе акустической эмиссии
2.2.1 Методики обработки и анализа оптических изображений
2.2.2 Методики обработки и анализа сигналов акустической эмиссии
3 Разработка оптико-акустического стенда исследования/контроля композиционных материалов при статических испытаниях и его тестирование на образцах УУКМ при различных схемах нагружения
3.1 Введение
3.2 Комбинированный оптико-акустический стенд для исследования/контроля деформации и разрушения УУКМ

3.3 Методики статических испытаний
3.4 Растяжение образцов с отверстием
3.5 Растяжение образцов с надпилом
3.6 Испытание на сдвиг образцов с V-образным надрезом
3.7 Трехточечный изгиб коротких образцов с надпилом
3.8 Моделирование деформации УУКМ методом конечных
элементов (МКЭ)
3.9 Заключение по разделу
4 Разработка и тестирование лабораторного стенда для оценки состояния композиционного материала при циклических испытаниях на основе датчика деформации интегрального типа (ДЦИТ)
4.1 Введение
4.2 Описание оптического метода и лабораторного стенда для оценки
механического состояния при циклических испытаниях
4.3 Методика испытаний при циклическом нагружении УЭКМ
4.4 Методика обработки изображений ДДИТ
4.5 Выбор информативных признаков
4.6 Влияние уровня нагрузки на реакцию ДДИТ
4.7 Влияние НДС на реакцию ДДИТ
4.8 Заключение по разделу
5 Разработка и тестирование лабораторного стенда для оценки деформации и диагностики УКМ методом сдвиговой спекл-интерферомстрин
5.1 Введение
5.2 Описание лабораторного стенда
5.3 Тестирование лабораторного стенда
5.4 Заключение по разделу
Заключение
Список литературы

Приложение 1. Методические рекомендации по использованию ДДИТ
дли оценки циклической деформации композиционных материалов
Приложение 2. Блок-схема алгоритма Lucas-Kanadc
Приложение 3. Фотографии лабораторных стендов
Приложение 4. Акт внедрения ОАО «ОКБ СУХОГО»
Список используемых сокращении
КМ - композиционный материал;
УКМ - композиционный материал, армированный углеродными волокнами; УУКМ - КМ системы углеродное волокно/углеродная матрица;
УЭКМ - КМ системы углеродное волокно/эпоксидная матрица;
АЭ - акустическая эмиссия;
DIC - digital image correlation - корреляция цифровых изображений;
ПВП - поле векторов перемещений;
КН - концентратор напряжений;
НДС - напряженно-деформированное состояние;
ДДИТ - датчик деформации интегрального типа;
SHM - structural health monitoring - встроенный контроль состояния конструкций; МКЭ - метод конечных элементов;
НК - неразрушающий контроль;
ОК - объект контроля;
ФР - фрактальная размерность;
MSE - mean square error - среднеквадратичная ошибка;
UIQ- universal image quality index - индекс качества изображения;
ЕфС - энергия Фурье-спектра
SD - square deviation - квадратичная дисперсия;
Н - информационная энтропия;
БПФ - быстрое преобразование Фурье;
ПО - программное обеспечение;

На Рис. 1.3-1 приведен график результатов измерения информативных параметров по методам АЭ и Б1С. Данные показывают хорошую корреляцию, так при наработке 8200 циклов произошло зарождение трещины, которая по мере дальнейшего нагружения растет вплоть до разрушения на наработке в 43100 циклов.
Похожим является исследование [57] где совместно применяются метод ЭТС (для расчета раскрытия трещины и построения полей деформаций) и два акустических: активный ультразвуковой метод и пассивный АЭ, работающие на одном комплекте акустических преобразователей. В качестве объекта контроля использован образец с надпилом, нагружаемый растяжением. Кроме того, процессы распространения УЗ волн в образце (при работе акустического метода в активном режиме) были смоделированы в системе АВАОиБ с использованием МКЭ. Авторы приводят множество данных, полученных каждым из методов, их сравнение между собой и заключают, что каждый метод, взятый в отдельности (все три подхода позволяют получать информацию в режиме реального времени), может быть использован в качестве основы для систем контроля состояния, позволяющих обнаруживать повреждения и, возможно, даже проводить их численную оценку. Также авторы отмечают, что комбинированное применение нескольких методов может повысить надежность потенциальных систем контроля состояния, благодаря использованию данных разных независимых источников (УЗ, АЭ и Э1С), а также многомасштабному анализу.
В [59] изучали процессы деформации и разрушения бетонных балок, отремонтированных с помощью углеволоконных накладок и нагружаемых статически по схеме четырехточечного изгиба. Целыо данной работы было определение прироста жесткости и предела прочности балок после их усиления накладками из КМ. Авторы подчеркивают, что выбор АЭ (для локации повреждений) и Э1С (для слежения за ростом трещин) связан с их преимуществами, такими как:
® простота использования этих методов;