|
DOI: 10.14489/td.2019.07.pp.024-029
Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Козельская С. О.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТРЕХСЛОЙНЫХ КОМПОЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
(с. 24-29)
Аннотация. Приведены результаты исследований по формированию системы встроенного неразрушающего контроля обшивок композитных трехслойных конструкций оптическим методом с применением волоконно-оптических датчиков на основе волоконных брэгговских решеток. Рассмотрены особенности создания зоны ввода/вывода волоконно-оптических датчиков применительно к трехслойным композитным конструкциям. Сформулированы рекомендации по обеспечению целостности и оптимального функционирования волоконно-оптической системы контроля применительно к реальной трехслойной композитной конструкции.
Ключевые слова: трехслойная композитная конструкция, оптический метод неразрушающего контроля, волоконно-оптическая система контроля, волоконно-оптический датчик, волоконная брэгговская решетка, топология датчиков, зона ввода/вывода.
Fedotov M. Yu., Budadin O. N., Kozel’skaya S. O.
TECHNOLOGICAL ASPECTS OF CREATING A FIBER-OPTIC NON-DESTRUCTIVE TESTING OF SANDWICH COMPOSITE STRUCTURES
(pp. 24-29)
Abstract. The results of research on the formation of the system of built-in non-destructive testing of linings of composite three-layer structures by an optical method using fiber-optic sensors based on fiber Bragg gratings are presented. The features of creating an input/output zone for fiber-optic sensors as applied to three-layer composite structures are studied. Recommendations for ensuring the integrity and optimal functioning of the fiber-optic monitoring system as applied to a real three-layer composite structure are formulated. The following is shown. The process of creating an integrated control system of three-layer composite structures by an optical method using integrated fiber-optic sensors includes a number of operations to form a topology and to ensure the output of fiber-optic sensors from composite claddings in a single technological cycle of manufacturing the structure according to the standard technological process without significantly adjusting it, which is extremely important in relation to serial technologies. When developing the technology of integrating fiber-optic sensors into a three-layer composite structure, it was experimentally shown that from the point of view of survivability and preservation of the efficiency of the embedded control system, it is necessary to fulfill a number of requirements for the placement and output of fiber-optic sensors taking into account the characteristics of manufacturing, machining, and operation designs. Thus, it is advisable to place fiber optic sensors in the casings at least 5 mm from the intended edge of the structure, at least 2 layers from the outer surface of the structure and not less than 5 layers from the honeycomb core. The fiber bend radius should be at least 30 mm to prevent mechanical burst and sharp bending of the signal when it is bending. Fiber optic sensors are recommended to be placed between layers with a reinforcement scheme in the direction of the fiber optic sensor, however placement is also allowed between the fiber sensors and one layer with a different direction of reinforcement, while in order to prevent fractures, computation fiber optic sensors overlap is unacceptable, thus, between crossover fiber-optic sensors must be at least 2 layers of prepreg.
Keywords: sandwich composite structure, optical method of non-destructive testing, fiber-optic monitoring system, fiber-optic sensor, fiber Bragg grating, sensor topology, input/output zone.
М. Ю. Федотов (ЗАО «НИИИН МНПО «СПЕКТР», Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
О. Н. Будадин, С. О. Козельская (АО «ЦНИИСМ», г. Хотьково, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
М. Yu. Fedotov (Closed Joint-Stock Company “Research Institute of Introscopy of MSIA “Spectrum” (JSC “Spectrum-RII”), Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
O. N. Budadin, S. О. Kozel’skaya (Joint Stock Company “CENTRAL RESEARCH INSTITUTE FOR SPECIAL MACHINERY”, Khotkovo, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Башаров, Е. А., Вагин А. Ю. Анализ применения композиционных материалов в конструкции планеров вертолетов [Электронный ресурс] // Тр. МАИ. 2017. № 92. 13 ст. URL : http://trudymai.ru/upload/iblock/3a2/basharov_vagin_rus.pdf (дата обращения 22.12.2018 г.).
2. Вагин, А. Ю., Щетинин Ю. С. Применение полимерных композиционных материалов в конструкциях вертолетов фирмы «Камов» // Сб. тезисов докл. межотрасл. конф. «Композиционные материалы в авиакосмическом материаловедении». М.: ВИАМ, 2009. С. 20.
3. Федотов М. Ю., Гончаров В. А., Махсидов В. В. и др. Сенсоры для информкомпозитов // Материаловедение. 2015. № 1. С. 26 – 33.
4. Федотов М. Ю. Совершенствование технологии оптического контроля конструкций из ПКМ волоконно-оптическими датчиками // Сб. тез. докл. I Всерос. конф. по интеллектуальным датчикам и системам «ИнтеллиУм-2018». 4–5 окт. 2018 г., Санкт-Петербург, Кронштадт. СПб., 2018. С. 11.
5. Махсидов В. В., Резников В. А., Шиенок А. М. и др. Выявление дефектов материала с помощью интегрированных в его структуру волоконных брэгговских решеток (обзор) // Контроль. Диагностика. 2015. № 10. С. 17 – 21.
6. Резников В. А., Махсидов В. В., Гуляев И. Н. Современное состояние методов определения деформации материала с помощью интегрированных в его структуру волоконных брэгговских решеток // Контроль. Диагностика. 2015. № 11. С. 49 – 56.
7. Васильев С. А., Медведков О. И., Королев И. Г. и др. Фотоиндуцированные волоконные решетки показателя преломления и их применения // Фотон-Экспресс-Наука. 2004. № 6. С. 163 – 183.
8. Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Васильев С. А. и др. Исследование встроенной волоконно-оптической системы диагностики углепластика после воздействия технологических режимов формования // Контроль. Диагностика. 2019. № 1. С. 42 – 49.
9. Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Васильев С. А. и др. Исследование интегрированной волоконно-оптической системы диагностики углепластика после воздействия теплового и тепловлажностного старения // Контроль. Диагностика. 2018. № 11. С. 26 – 30.
10. Ларин А. А., Федотов М. Ю., Бухаров С. В. и др. Новые области применения систем волоконно-оптических датчиков // Прикладная фотоника. 2017. № 4. С. 310 – 324.
11. Дьяконов А. В., Шелестов Д. А., Артемьев Б. В. Быстродействующий мониторинг протяженных объектов с помощью волоконно-оптических сенсорных систем на основе брэгговских решеток // Контроль. Диагностика. 2018. № 3. С. 40 – 43.
12. Будадин О. Н., Кутюрин В. Ю., Муханова Т. А. и др. Измерение деформаций в композиционных баллонах высокого давления с использованием оптоволоконных решеток Брэгга // Контроль. Диагностика. 2018. № 6. С. 34 – 39.
13. Анискович В. А., Будадин О. Н., Заикина Н. Л. и др. Измерение деформаций с использованием волоконно-оптических датчиков в процессе прочностных испытаний анизогридных конструкций из композиционных материалов // Контроль. Диагностика. 2018. № 7. С. 44 – 49.
14. Серьезнов А. Н., Кузнецов А. Б., Лукьянов А. В. и др. Применение оптоволоконных технологий при создании встроенных систем самодиагностики авиационных конструкций // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2016. № 3 (64). С. 95 – 105.
15. Свирский Ю. А., Трунин Ю. П., Панков А. В. и др. Бортовые системы мониторинга (БСМ) и перспективы применения в них волоконно-оптических датчиков // Композиты и наноструктуры. 2017. Т. 9. № 1 (33). С. 35 – 44.
16. Достовалов А. В., Вольф А. А., Бабин С. А. Поточечная запись ВБР первого и второго порядка через полиимидное покрытие фемтосекундным излучением с длиной волны 1026 нм // Прикладная фотоника. 2014. № 2. С. 48 – 61.
17. Достовалов А. В., Вольф А. А., Бабин С. А. Запись длиннопериодных волоконных решеток ограниченным щелью пучком фемтосекундного излучения (λ = 1026 нм) // Квантовая электроника. 2015. Т. 45. № 3. С. 235 – 239.
18. Fedotov M. Yu., Shiyonok A. M., Mukhametov R. R. et al. Research of interface of the polymer matrix with optical fibers in smart materials // Inorganic Materials. Applied Research. 2018. V. 9. No. 6. P. 1084 – 1092.
19. Федотов М. Ю., Бухаров С. В., Мухаметов Р. Р. Исследование защитных покрытий волоконно-оптических сенсоров, предназначенных для интеграции в полимерные композиционные материалы // Конструкции из композиционных материалов. 2017. № 4 (148). С. 61 – 67.
20. Мухаметов Р. Р., Ахмадиева К. Р., Деев И. С. и др. Защитное покрытие для волоконно-оптических датчиков // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. № 9 (141). С. 29 – 34.
21. Пат. 179119 РФ. G 02 B 6/38. Устройство выхода волоконно-оптического датчика из композита / Н. Л. Львов, С. С. Хабаров; опубл. 26.04. 2018 // Бюл. 2018. № 12.
22. Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Васильев С. А. и др. Влияние интеграции волоконно-оптических датчиков на механические свойства полимерных композиционных материалов // Контроль. Диагностика. 2019. № 2. С. 22 – 31.
23. Федотов М. Ю., Бейлина Н. Ю., Гареев А. Р. и др. Особенности интеграции оптоволоконных сенсоров в трехслойные композитные детали // Сб. тез. докл. Междунар. конф. молодых уче¬ных, работающих в области углеродных материалов. 23 – 25 мая 2017, Москва, Троицк. М., 2017. С. 143–144.
1. Basharov, E. A., Vagin A. Yu. (2017). Analysis of the use of composite materials in the design of helicopter gliders. Trudy MAI, 92. Available at: http://trudymai.ru/upload/iblock/3a2/basharov_vagin_rus.pdf (Accessed: 22.12.2018). [in Russian language]
2. Vagin, A. Yu., Schetinin Yu. S. (2009). The use of polymer composite materials in the construction of helicopters firm "Kamov". Collection of theses of reports of the interbranch conference "Composite materials in aerospace materials science". Moscow: VIAM. [in Russian language]
3. Fedotov M. Yu., Goncharov V. A., Mahsidov V. V. et al. (2015). Sensors for information composites. Materialovedenie, (1), pp. 26 – 33. [in Russian language]
4. Fedotov M. Yu. (2018). Improving the technology of optical control of PCM structures using fiber-optic sensors. Collection of theses of reports of the I All-Russian Conference on Intelligent Sensors and Systems "IntelliUm-2018". Saint Petersburg. [in Russian language]
5. Mahsidov V. V., Reznikov V. A., Shienok A. M. et al. (2015). Detection of material defects using fiber Bragg gratings integrated into its structure (review). Kontrol'. Diagnostika, (10), pp. 17 – 21. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2015.010.pp.017-021
6. Reznikov V. A., Mahsidov V. V., Gulyaev I. N. (2015). The current state of methods for determining material deformation using fiber Bragg gratings integrated into its structure. Kontrol'. Diagnostika, (11), pp. 49 – 56. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2015.011.pp.049-056
7. Vasil'ev S. A., Medvedkov O. I., Korolev I. G. et al. (2004). Photoinduced refractive index gratings and their applications. Foton-Ekspress-Nauka, (6), pp. 163 – 183. [in Russian language]
8. Fedotov M. Yu., Budadin O. N., Vasil'ev S. A. et al. (2019). Research of the built-in fiber-optical system for diagnostics of carbon fiber after the impact of technological molding regimes. Kontrol'. Diagnostika, (1), pp. 42 – 49. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2019.01.pp.042-049
9. Fedotov M. Yu., Budadin O. N., Vasil'ev S. A. et al. (2018). Study of an integrated fiber-optic system for diagnosing carbon fiber after exposure to thermal and heat-moisture aging. Kontrol'. Diagnostika, (11), pp. 26 – 30. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2018.11.pp.026-031
10. Larin A. A., Fedotov M. Yu., Buharov S. V. et al. (2017). New applications of fiber optic sensor systems. Prikladnaya fotonika, (4), pp. 310 – 324. [in Russian language]
11. D'yakonov A. V., Shelestov D. A., Artem'ev B. V. (2018). Highspeed monitoring of extended objects using fiber-optic sensor systems based on Bragg gratings. Kontrol'. Diagnostika, (3), pp. 40 – 43. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2018.03.pp.040-043
12. Budadin O. N., Kutyurin V. Yu., Muhanova T. A. et al. (2018). Measurement of deformations in high pressure composite cylinders using Bragg fiber optic arrays. Kontrol'. Diagnostika, (6), pp. 34 – 39. [in Russian language]
13. Aniskovich V. A., Budadin O. N., Zaikina N. L. et al. (2018). Measurement of deformations using fiber-optic sensors in the process of strength testing of anisogride structures made of composite materials. Kontrol'. Diagnostika, (7), pp. 44 – 49. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2018.07.pp.044-049
14. Ser'eznov A. N., Kuznetsov A. B., Luk'yanov A. V. et al. (2016). The use of fiber-optic technologies when creating embedded self-diagnosis systems for aircraft structures. Nauchniy vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 64(3), pp. 95 – 105. [in Russian language]
15. Svirskiy Yu. A., Trunin Yu. P., Pankov A. V. et al. (2017). Onboard monitoring systems (BSM) and the prospects for the use of fiber-optic sensors in them. Kompozity i nanostruktury, Vol. 9, 33(1), pp. 35 – 44. [in Russian language]
16. Dostovalov A. V., Vol'f A. A., Babin S. A. (2014). Pointwise FBI recording of the first and second order through a polyimide coating with femtosecond radiation with a wavelength of 1026 nm. Prikladnaya fotonika, (2), pp. 48 – 61. [in Russian language]
17. Dostovalov A. V., Vol'f A. A., Babin S. A. (2015). Recording of long-period fiber arrays limited by a slit femtosecond radiation beam (λ = 1026 nm). Kvantovaya elektronika, Vol. 45, (3), pp. 235 – 239. [in Russian language]
18. Fedotov M. Yu., Shiyonok A. M., Mukhametov R. R. et al. (2018). Research of interface of the polymer matrix with optical fibers in smart materials. Inorganic Materials; Applied Research, Vol. 9, (6), pp. 1084 – 1092.
19. Fedotov M. Yu., Buharov S. V., Muhametov R. R. (2017). The study of protective coatings of fiber-optic sensors designed for integration into polymer composite materials. Konstruktsii iz kompozitsionnyh materialov, 148(4), pp. 61 – 67. [in Russian language]
20. Muhametov R. R., Ahmadieva K. R., Deev I. S. et al. (2016). Protective coating for fiber optic sensors. Uprochnyayuschie tekhnologii i pokrytiya, 141(9), pp. 29 – 34. [in Russian language]
21. L'vov N. L., Habarov S. S. (2018). The output device of the fiber-optic sensor from the composite. Ru Patent No. 179119. Russian Federation. [in Russian language]
22. Fedotov M. Yu., Budadin O. N., Vasil'ev S. A. et al. (2019). The impact of the integration of fiber-optic sensors on the mechanical properties of polymer composite materials. Kontrol'. Diagnostika, (2), pp. 22 – 31. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2019.02.pp.022-030
23. Fedotov M. Yu., Beylina N. YU., Gareev A. R. et al. (2017). Features of the integration of fiber-optic sensors in three-layer composite parts. Collection of abstracts of the International Conference of young scientists working in the field of carbon materials, pp. 143–144. Moscow. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2019.07.pp.024-029
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2019.07.pp.024-029
and fill out the form
.
|
Архив номеров
">
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»