Исследование поврежденности конструкционных полимерных композитов и конструкций при термомеханических воздействиях с использованием подходов теории критических расстояний и алгоритмов машинного обучения

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 21-79-10205

НазваниеИсследование поврежденности конструкционных полимерных композитов и конструкций при термомеханических воздействиях с использованием подходов теории критических расстояний и алгоритмов машинного обучения

Руководитель Лобанов Дмитрий Сергеевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" , Пермский край

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» 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 композиционные материалы, технологический дефект, живучесть, разрушение, термомеханические воздействия, экспериментальная механика, усталостное повреждение, ударные воздействия, поврежденность, численное моделирование, машинное обучение, теория критических расстояний

Код ГРНТИ30.19.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В процессе производства и эксплуатации конструкционных композитов и изделий может возникать множество внутренних и внешних дефектов: трещины, сколы, царапины, вмятины, дефекты ударного характера, воздушные макровключения, коробление, непроклей и др. Дефекты могут значительно снизить как статическое, так и циклическое сопротивление ответственных композитных конструкций. Поэтому важно понимать, какие размеры и расположение дефекта влияют на механические свойства, а какие нет. Согласно представлениям теории критических расстояний одни и те же дефекты могут влиять на механические характеристики по-разному в зависимости от значений, постоянных составляющих нагружения и числа циклов до разрушения. На сегодняшний день существуют работы, посвящённые изучению влияния положения и размеров дефектов на механическое поведение конструкционных композитов, однако, отсутствует комплексный подход по изучению подобных проблем, который бы учитывал историю производства и эксплуатации композитов при различных условиях термомеханических воздействий. Проект направлен на получение новых экспериментальных и теоретических данных о закономерностях механического поведения композитов в условиях термомеханических воздействий с использованием современного испытательного и измерительного оборудования. Новые экспериментальные данные будут являются основой для исследования механического поведения, изучения влиянии характеристик повреждённости на реализацию механических свойств, развития моделей накопления повреждений, а также методов прогнозирования квазистатической прочности и циклической долговечности при термомеханических воздействиях конструкционных композитов (в том числе и с использованием современных алгоритмов машинного обучения). Кроме того, планируется выработка новых методических рекомендаций проведения комплексных экспериментальных исследований и идентификации внутренних технологических дефектов конструкционных композитов возникающих в процессе технологических операций. Научная значимость проекта определяется получением результатов мирового уровня в области развития методологии экспериментальной механики композитов, получения новых знаний о закономерностях деформирования, накопления повреждений и разрушения композитов с учетом их структурных особенностей и наличии внешних и внутренних дефектов в условиях квазистатических, циклических и ударных воздействиях в широком диапазоне эксплуатационных температур, развития математических моделей механического поведения анизотропных структурно-неоднородных материалов с использованием машинного обучения. Реализация проекта будет осуществляться на основе использования уникального комплекса современного аттестованного оборудования и поверенных средств измерений в условиях аккредитованной Федеральным агентством воздушного транспорта (Росавиация) испытательной лаборатории Центр экспериментальной механики Пермского национального исследовательского политехнического университета (ЦЭМ ПНИПУ).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Струнгарь Е.М., Лобанов Д.С., Вильдеман В.Э. Evaluation of the Sensitivity of Various Reinforcement Patterns for Structural Carbon Fibers to Open Holes during Tensile Tests Polymers, 2021, 13, 4287 (год публикации - 2021)
10.3390/polym13244287

2. Лобанов Д.С., Янкин А.С., Бердникова Н.И. Statistical evaluation of the effect of hygrothermal aging on the interlaminar shear of GFRP Frattura ed Integrita Strutturale, Vol. 60, pp.146-157 (год публикации - 2022)
10.3221/IGF-ESIS.60.11

3. Янкин А.С., Паньков А.М., Лобанов Д.С. Оценка поврежденности конструкционного стеклопластика после предварительного термовлажностного старения в эксплуатационных средах при испытаниях на межслоевой сдвиг МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУКАХ, Т.1, стр. 153-155 (год публикации - 2021)

4. Лобанов Д.С., Струнгарь Е.М. Influence of structural features of spatially reinforced and laminated fiber carbon plastics on the nature of deformation and fracture Procedia Structural Integrity, Том 40, Выпуск C, стр. 258-263 (год публикации - 2022)
10.1016/j.prostr.2022.04.035

5. Лобанов Д.С., Янкин А.С., Муллахметов М.Н., Чеботарева Е.А., Мельникова В.А. The Analysis of Stress Raisers Affecting the GFRP Strength at Quasi-Static and Cyclic Loads by the Theory of Critical Distances, Digital Image Correlation, and Acoustic Emission Polymers, 15 (9), 2087 (год публикации - 2023)
10.3390/polym15092087

6. Муллахметов М.Н., Лобанов Д.С. ПРИМЕНЕНИЕ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ТЕОРИИ КРИТИЧЕСКИХ РАССТОЯНИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ НА МЕХАНИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУКАХ, Т.1, стр.228-230 (год публикации - 2022)

7. Чеботарева Е.А., Лунегова Е.М., Лобанов Д.С. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ В УГЛЕРОДНОМ КОМПОЗИЦИОННОМ МАТЕРИАЛЕ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ НА МЕЖСЛОЕВОЙ СДВИГ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУКАХ, Т.1, стр. 321-323 (год публикации - 2022)

8. Чеботарева Е.А., Лунегова Е.М., Лобанов Д.С. ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ В УГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ АЭРОКОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА, ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИННОВАЦИИ, Т.1, стр. 247-248 (год публикации - 2022)

9. Чеботарева Е.А., Лунегова Е.М., Лобанов Д.С. INVESTIGATION OF THE PROCESS OF DAMAGE ACCUMULATION IN A COMPOSITE MATERIAL FROM CARBON PLASTIC AT INTERLAYER SHEAR TESTS AIP Conference Proceedings (год публикации - 2023)

10. Лобанов Д.С., Словиков С.В., Лунегова Е.М. Influence of internal technological defects on the mechanical properties of structural CFRP Frattura ed Integrita Strutturale (год публикации - 2023)
10.3221/IGF-ESIS.65.06

11. Чеботарева Е.А., Лунегова Е.М., Лобанов Д.С. Изучение механизмов разрушения в углепластиках после предварительного удара и без него с применением метода акустической эмиссии XIII ВСЕРОССИЙСКИЙ СЪЕЗД ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКЕ, т.3, (год публикации - 2023)

12. Муллахметов М.Н., Лобанов Д.С., Мельникова В.А., Чеботарева Е.А., Янкин А.С. ВЛИЯНИЕ ВИДА КОНЦЕНТРАТОРА НАПРЯЖЕНИЙ НА УСТАЛОСТНУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ XIII ВСЕРОССИЙСКИЙ СЪЕЗД ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКЕ, Т.3., с. 931-932 (год публикации - 2023)

13. Муллахметов М.Н., Лобанов Д.С., Мельникова В.А., Янкин А.С. Определение параметров допустимых дефектов конструкционного стеклопластика на основе теории критических расстояний Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика., №4, С. 77–86. (год публикации - 2023)
10.15593/perm.mech/2023.4.08

14. Словиков С.В., Бабушкин А.В., Гусина М.Д. Nonlinearity of mechanical behavior of 3D-reinforced composites under compression Frattura ed Integrità Strutturale, №66, p. 311-321. (год публикации - 2023)
10.3221/IGF-ESIS.66.19

15. Чеботарева Е.А., Лунегова Е.М., Лобанов Д.С., Мельникова В.А. Влияние предварительных ударных воздействий на механические свойства конструкционного углепластика при межслоевом сдвиге ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ (год публикации - 2024)
10.31044/1814-4632-2024-5-31-39

16. Словиков С.В., Лобанов Д.С., Чеботарева Е.А., Мельникова В.А. The influence of technological defects on the mechanical behavior of CFRP during buckling under compression based on DIC data and acoustic emission Frattura Ed Integrità Strutturale, Vol. 69, PP. 60-70 (год публикации - 2024)
10.3221/IGF-ESIS.69.05

17. Чеботарева Е.А., Лобанов Д.С. Экспериментальное изучение механических свойств материала с технологическими дефектами с применением метода акустической эмиссии АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЧНОСТИ. Сборник тезисов LXVII Международной конференции. Екатеринбург, 2024, стр. 238-240 (год публикации - 2024)

18. Муллахметов М.Н., Янкин А.С., Лобанов Д.С., Мельникова В.А. Investigation of the processes of deformation of glass-reinforced plastics with a stress concentrator using the theory of critical distances Procedia Structural Integrity, Vol. 50, p. 200–205 (год публикации - 2023)
10.1016/j.prostr.2023.10.042

Публикации