КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 18-79-00029

НазваниеРазработка методики комплексной диагностики композиционных материалов в процессе резонансной ультразвуковой вибротермографии.

Руководитель Дерусова Дарья Александровна, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" , Томская обл

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-101 - Прочность, живучесть и разрушение материалов и конструкций

Ключевые слова Локальный резонанс дефектов, композитные материалы, лазерная виброметрия, ультразвук, инфракрасная термография, гибридные композиционные материалы, ударные повреждения, неразрушающий контроль.

Код ГРНТИ29.37.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Данная информация может быть опубликована на сайте Фонда в информационно-телекоммуникационной сети «Интернет». на русском языке Уникальные свойства композиционных материалов нового поколения позволяют совмещать различные армирующие элементы и матрицы для получения композиций с определенным набором характеристик, что делает возможным применение этих материалов в различных сферах производства: авиационной, ракетно-космической и транспортной технике. Однако, вследствие наличия неоднородностей и дефектов в структуре композитов, их качество и состояние должны быть оценены для определения текущего состояния изделия, а также прогнозирования их прочности и срока службы. В связи с этим, вопросы контроля качества, а также исследования старения и усталости композиционных материалов приобретают значительную актуальность и вызывают научный интерес в вопросе создания диагностических систем неразрушающего контроля композитов. Ультразвуковая инфракрасная вибротермография является новым перспективным методом неразрушающего контроля композиционных материалов, который сравнительно недавно начал применяться в нескольких развитых странах мира, прежде всего, США и Германии. Несмотря на высокую эффективность применения данного метода для экспрессного обнаружения дефектов, стандартная процедура предусматривает использование резонансных ультразвуковых излучателей в совокупности с мощными акустическими генераторами (электрической мощностью до нескольких кВт) для ввода акустической энергии в объект исследования. Механические волны, распространяющиеся в контролируемом материале, возбуждают локальные резонансные вибрации в области структурных неоднородностей материала, в случае совпадения частоты распространяющихся волн с резонансной частотой дефекта. В данных зонах акустическая энергия преобразуется в тепловую энергию, что приводит к увеличению температурного сигнала локально в дефектных областях. Интенсивность теплогенерации зависит от физических свойств материала, вида дефекта и условий стимуляции, однако метод мощной ультразвуковой инфракрасной термографии не учитывает характеристик контролируемого материала и дефектов при их наличии. В связи с этим, вопрос создания акустического метода неразрушающего контроля, учитывающего физические свойства исследуемого материала и эффективно расходующего потребляемые энергоресурсы, является актуальным. Данный проект посвящен разработке комплексного метода контроля качества и тепло-, механико-физических свойств композиционных материалов за счет интерпретации данных, полученных в процессе сканирующей лазерной виброметрии и инфракрасной термографии. Особенность предлагаемой методики состоит в анализе локальных резонансных явлений, возникающих в области дефектов. Таким образом, использование явления локального резонанса дефекта позволит направленно воздействовать на структурные неоднородности материалов за счет активации более интенсивных вибраций в областях со сниженным уровнем жесткости, приводящих к повышенному тепловыделению в этой зоне. Аппаратура инфракрасной термографии, используемая для регистрации температурных полей на поверхности исследуемого материала, с высокой точностью (0,01 мК) определяет изменение температуры на поверхности образца. Таким образом, даже небольшое локальное изменение температуры в области дефектов в процессе акустической стимуляции фиксируется тепловизором, что позволяет выявить дефекты и получить данные, необходимые для оценки теплофизических процессов, протекающих в процессе ультразвукового контроля композиционных материалов. Научная проблема оценки механико-физических свойств композитов в процессе их диагностики решается в рамках данного проекта путем использования сканирующей лазерной системы, позволяющей в трехмерном представлении оценить деформации материала в результате их акустической стимуляции путем измерений виброперемещения, виброскорости и виброускорения частиц среды в трех ортогональных направлениях. Результатом лазерного сканирования поверхности объекта в режиме быстрого преобразования Фурье являются амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) каждой точки сканирования и суммарная картина вибраций при возбуждении модулированным по частоте сигналом. Детальный анализ АЧХ позволит оценить физические свойства композита и сделать заключение о наличии и характере повреждения его структуры с получением трехмерного изображения деформации поверхности материала и области дефекта. Суммируя вышесказанное, следует отметить, что применение диагностической методики на основе феномена локального резонанса дефекта позволит существенно повысить эффективность процесса контроля качества при значительном снижении потребления энергоресурсов.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---