10.14489/td.2023.11.pp.004-014

2023, 11 ноябрь (November)

DOI: 10.14489/td.2023.11.pp.004-014

Степанова Л. Н., Чернова В. В., Шейфер С. В.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ, ТЕНЗОМЕТРИИ И ФРАКТОГРАФИИ ДЛЯ АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА
(с. 4-14)

Аннотация. Проведено статическое нагружение образцов из углепластика Torayca Т800 до разрушения, в процессе которого осуществлялась регистрация дефектов с использованием микропроцессорной акустико-эмиссионной (АЭ) системы. Локация сигналов АЭ начиналась в зоне концентратора напряжений диаметром 12 мм при нагрузках, не превышающих 30 кН. Проведен анализ процесса разрушения образцов при отрицательной (–50 °С) и положительной (+80 °С) температурах. При их нагреве и охлаждении использовались тепловые камеры. В процессе испытаний при температуре Т = –50 °С наблюдалась активная локация сигналов АЭ, соответствующая, как показала фрактография, расслоению и разрушению верхних монослоев углепластика. При испытаниях, проводимых при температуре Т = 80 С, локализовались сигналы АЭ, вызванные боковыми расслоениями, расположенными на краях образцов. С использованием вейвлет-преобразований проведен анализ особенностей изменения основных информативных параметров сигналов АЭ и выявлены их связи с ростом повреждений (матрицы, волокна, расслоения) материала углепластика.

Ключевые слова: акустическая эмиссия, тензометрия, фрактография, температура, статическое нагружение, структура композита, основные информативные параметры сигналов.

Stepanova L. N., Chernova V. V., Sheifer S. V.
USING THE ACOUSTIC EMISSION METHOD, STRAIN GAUGE AND FRACTOGRAPHY TO ANALYZE THE PROCESSES OF DESTRUCTION OF SAMPLES FROM CARBON FIBER
(pp. 4-14)

Abstract. Static loading of Torayca T800 carbon fiber samples to failure was carried out, during which defects were registered using a microprocessor-based diagnostic acoustic emission (AE) system. The location of AE signals began in the area of the stress concentrator at loads not exceeding 30 kN. The analysis of the destruction process of samples at negative (–50 C) and positive (+80 C) temperatures was carried out. During their heating and cooling, thermal chambers were used, located in the region of a stress concentrator with a diameter of 12 mm. In the process of testing at a temperature of T = –50 C, an active location of AE signals was observed, corresponding, as shown by fractography, to delamination and destruction of the upper monolayers of carbon fiber. During tests carried out at a temperature of T = +80 C, AE signals were localized, caused by lateral delaminations located at the edges of the samples. Using wavelet transforms, an analysis was made of the features of changes in the main informative parameters of AE signals, and their relationship with the growth of damage (matrix, fiber, delamination) of the carbon fiber material.

Keywords: acoustic emission, strain gauge, fractography, temperature, static loading, composite structure, main informative signal parameters.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

Л. Н. Степанова (ФАУ «Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С. А. Чаплыгина», Новосибирск, Россия) E-mail: aergroup@ ngs.ru
В. В. Чернова (ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет путей сообщения», Новосибирск, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
С. В. Шейфер (ФАУ «Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С. А. Чаплыгина», Новосибирск, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

L. N. Stepanova (FAI “Siberian Aeronautical Research Institute named after S. A. Chaplygin”, Novosibirsk, Russia) E-mail: aergroup@ ngs.ru
V. V. Chernova (Siberian Transport University, Novosibirsk, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
S. V. Sheifer (FAI “Siberian Aeronautical Research Institute named after S. A. Chaplygin”, Novosibirsk, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Lehmann M., Bueter A., Schwarzaupt O. Health Monitoring of Composite Aerospace Structures with Acoustic Emission // Journal of Acoustic Emission. 2018. V. 35. P. 172–193.
2. Markus G. R. Saus. Acoustic Emission Signal Propagation in Damaged Composite Structures // Journal of Acoustic Emission. 2013. V. 31. P. 1–18.
3. Ремшев Е. Ю., Соболев И. А., Олихвер А. И., Лукичев В. Ю. Разработка бортового комплекса неразрушающего контроля конструкции летательного аппарата методом акустической эмиссии // NOISE Theory and Practice. 2021. № 2(24). С. 65–82.
4. Markus G. R. Sause. In Situ Monitoring of Fiber–Reinforced Composites. Theory, Basic Concepts, Methods, and Applications. Switzerland: Springer International Publishing, 2016. 630 p. (Springer Series in Materials Science SSMATERIALS. V. 242). DOI 10.1007/978-3-319-30954-5
5. Gardoni M., Gianneo A., Gilio M. A Low Frequency Lamb-waves Based Structural Health Monitoring of an Aeronautical Carbon Fiber Reinforced Polymer Composite // Journal of Acoustic Emission. 2014. V. 32. P. 1–20.
6. Ljets D. Acoustic Emission Location in Composite Aircraft Structures Using Modal Analysis / University of Glamorgan, 2011. 163 p.
7. Beckermann G. Nanofibre Veils for High-perfomance Composites // Insight. 2016. №102. P. 39–42.
8. Степанова Л. Н., Чернова В. В., Рамазанов И. С. Акустико-эмиссионный контроль раннего зарождения дефектов в образцах из углепластика при статическом и тепловом нагружении // Дефектоскопия. 2020. № 10. С. 12–23. DOI: 10.31857/S0130308220100024
9. Степанова Л. Н., Чернова В. В. Анализ структурных коэффициентов сигналов акустической эмиссии при статическом нагружении образцов из углепластика с ударными повреждениями // Контроль. Диагностика. 2017. № 6. С. 34–41. DOI: 10.14489/td.2017.06.pp.034-041
10. Мишуров К. С., Файзрахманов Н. Г., Иванов Н. В. Влияние внешней среды на свойства углепластика ВКУ-29 // Труды ВИАМ. 2017. № 8(56). С. 74–81. DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-8-8-8
11. Сятковский А. И., Черняева Е. В., Волков А. Е., Вьюненко Ю. Н. Влияние полимерных слоев защитных конструкций на параметры акустической эмиссии // Деформация и разрушение материалов. 2022. № 6. С. 35–40. DOI: 10.31044/1814-4632-2022-6-35-40
12. Пат. 2676209 РФ. Акустико-эмиссионный способ определения типа дефекта структуры образца из углепластика / Л. Н. Степанова, В. А. Батаев, Н. А. Лапердина, В. В. Чернова. Заявка № 2017145888; заявл. 25.12.2017. Опубл. 26.12.18. Бюл. № 10.
13. Степанова Л. Н., Чернова В. В., Кабанов С. И. Анализ модового состава сигналов акустической эмиссии при одновременном тепловом и статическом нагружении образцов из углепластика Т800 // Контроль. Диагностика. 2018. № 11. C. 4–13. DOI: 10.14489/td.2018.11.pp.004-013
14. Степанова Л. Н., Рамазанов И. С., Чернова В. В. Вейвлет-анализ структуры сигналов акустической эмиссии при прочностных испытаниях образцов из углепластика // Контроль. Диагностика. 2015. № 7. С. 54–62. DOI: 10.14489/td.2015.07.pp.054-062

Eng

1. Lehmann M., Bueter A., Schwarzaupt O. (2018). Health monitoring of composite aerospace structures with acoustic emission. Journal of Acoustic Emission, 35, 172 – 193.
2. Markus G. R. Saus. (2013). Acoustic emission signal propagation in damaged composite structures. Journal of Acoustic Emission, 31, 1 – 18.
3. Remshev E. Yu., Sobolev I. A., Olihver A. I., Lukichev V. Yu. (2021). Development of an onboard complex for non-destructive testing of aircraft structures using the acoustic emission method. NOISE Theory and Practice, 24(2), 65 – 82. [in Russian language]
4. Markus G. R. Sause. (2016). In Situ Monitoring of Fiber–Reinforced Composites. Theory, Basic Concepts, Methods, and Applications. Switzerland: Springer Interna-tional Publishing. (Springer Series in Materials Science SSMATERIALS, 242). DOI: 10.1007/978-3-319-30954-5
5. Gardoni M., Gianneo A., Gilio M. (2014). A low frequency lamb-waves based structural health monitoring of an aeronautical carbon fiber reinforced polymer composite. Journal of Acoustic Emission, 32, 1 – 20.
6. Ljets D. (2011). Acoustic emission location in composite aircraft structures using modal analysis. University of Glamorgan.
7. Beckermann G. (2016). Nanofibre veils for high-perfomance composites. Insight, 102, 39 – 42.
8. Stepanova L. N., Chernova V. V., Ramazanov I. S. (2020). Acoustic emission control of early defect generation in carbon fiber samples under static and thermal loading. Defektoskopiya, (10), 12 – 23. [in Russian language] DOI: 10.31857/S0130308220100024
9. Stepanova L. N., Chernova V. V. (2017). Analysis of structural coefficients of acoustic emission signals under static loading of carbon fiber samples with impact damage. Kontrol'. Diagnostika, (6), 34 – 41. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2017.06.pp.034-041
10. Mishurov K. S., Fayzrahmanov N. G., Ivanov N. V. (2017). Influence of the external environment on the properties of carbon fiber plastic VKU-29. Trudy VIAM, 56(8), 74 – 81. [in Russian language] DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-8-8-8
11. Syatkovskiy A. I., Chernyaeva E. V., Volkov A. E., V'yunenko Yu. N. (2022). Influence of polymer layers of protective structures on acoustic emission parameters. Deformatsiya i razrushenie materialov, (6), 35 – 40. [in Russian language] DOI: 10.31044/1814-4632-2022-6-35-40
12. Stepanova L. N., Bataev V. A., Laperdina N. A., Chernova V. V. (2018). Acoustic emission method for determining the type of structural defect in a carbon fiber reinforced plastic sample. Ru Patent No. 2676209. Russian Federation. [in Russian language]
13. Stepanova L. N., Chernova V. V., Kabanov S. I. (2018). Analysis of the mode composition of the acoustic emission signals with simultaneous thermal and static loading of specimens of carbon fiber T800. Kontrol'. Diagnostika, (11), 4 – 13. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2018.11.pp.004-013
14. Stepanova L. N., Ramazanov I. S., Chernova V. V. (2015). Acoustic emission signals structure wavelet analysis while strength tests of carbon fiber samples. Kontrol'. Diagnostika, (7), 54 – 62. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2015.07.pp.054-062

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). 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.2023.11.pp.004-014

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). 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.2023.11.pp.004-014

and fill out the form