|
DOI: 10.14489/td.2025.01.pp.013-025
Степанова Л. Н., Курбатов А. Н., Кабанов С. И., Бехер С. А., Чернова В. В., Терехова Е. С.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ, ТЕНЗОМЕТРИИ И ЭФФЕКТА АКУСТОУПРУГОСТИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ УГЛЕПЛАСТИКОВ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
с. (13-25)
Аннотация. Представлены результаты исследования процесса разрушения образцов из углепластика АСМ при статическом растяжении. Для контроля дефектов использовали тензометрию, эффект акустоупругости и метод акустической эмиссии. Показана возможность применения и преимущества метода акустоупругости для определения деформаций в композиционном материале. Установлена зависимость между деформацией углепластика и временными параметрами волн Лэмба, измеряемыми ультразвуковой системой «Акуст-1». Достоверность локации дефектов обеспечена методом акустической эмиссии. Кроме того, деформации измеряли сертифицированной тензометрической быстродействующей системой «Динамика-3». При проведении испытаний сравнивали результаты измерения деформаций, полученные с использованием тензометрии и метода акустоупругости, в которых деформации определяли через времена задержки упругой волны Лэмба. Установлено, что приведенные погрешности, полученные при измерении деформаций через время задержки упругой волны Лэмба, были менее 5 %. Приведенные погрешности, полученные при определении деформаций образцов с использованием тензометрии, не превышали 3 %. При использовании эффекта акустоупругости упрощается контроль, сокращается время диагностики дефектов композиционной конструкции и исключается операция наклейки тензодатчиков на конструкцию.
Ключевые слова: образец, углепластик, акустоупругость, тензометрия, акустическая эмиссия, тензодатчик, пьезоэлектрический преобразователь, статика, время, скорость, ультразвук.
Stepanova L. N., Kurbatov A. N., Kabanov S. I., Beher S. A., Chernova V. V., Terekhova E. S.
RESEARCH OF THE POSSIBILITY OF COMPLEX APPLICATION OF ACOUSTIC EMISSION METHODS, TENSOMETRY AND EFFECT OF ACOUSTOELASTICITY FOR CONTROL OF CARBON PLASTIC RESTRICTS UNDER STATIC LOADING
pp. (13-25)
Abstract. The article presents results of studying the process of destruction of carbon fiber reinforced plastic samples under static tension. To control defects, strain gauge, acoustoelasticity effect and acoustic emission method were used. The possibility and advantages of using the acoustoelasticity method for determining deformations in a composite material are shown. The relationship between the deformation of carbon fiber and the time parameters of Lamb waves measured by the ultrasonic system "Acoustic-1" is established. The reliability of defect location is ensured by the acoustic emission method. In addition, the deformations were measured by the certified high-speed strain gauge system "Dynamics-3". During the tests, the results of deformation measurements obtained using strain gauge and the acoustoelasticity method were compared. Deformations were determined through the delay times of the elastic Lamb wave. It was found that the reduced errors obtained when measuring deformations through the delay times of the elastic Lamb wave were less than 5 %. The reduced errors obtained in determining the deformations of carbon fiber samples using strain gauges did not exceed 3 %. Using the effect of acoustoelasticity simplifies control, reduces the time for diagnosing defects in composite structures, and eliminates the operation of gluing strain.
Keywords: sample, carbon fiber, acoustoelasticity, strain measurement, acoustic emission, strain gauge, piezoelectric transducer, statics, time, speed, ultrasound.
Л. Н. Степанова (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.
А. Н. Курбатов (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. И. Кабанов (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.
С. А. Бехер, 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.
Е. С. Терехова (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.
L. N. Stepanova (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.
A. N. Kurbatov (The Siberian Transport University, Novosibirsk, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
S. I. Kabanov (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.
S. A. Beher, V. V. Chernova (The Siberian Transport University, Novosibirsk, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
E. S. Terekhova (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.
1. Степанова Л. Н., Кабанов С. И., Чернова В. В. Локация сигналов акустической эмиссии от ударных воздействий на образец из углепластика при использовании антенн из пьезо- и волоконно-оптических датчиков // Дефектоскопия. 2022. № 4. С. 3 – 13. DOI: 10.31857/S0130308222040017
2. Атметханов Р. С., Дубинин Е. Ф. Метод анализа акустических сигналов при диагностике композиционных материалов // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2020. № 2. С. 106 – 112. DOI: 10.31857/S0235711920020030
3. Баутин А. А. Мониторинг элементов авиационных конструкций по данным тензометрии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85, № 1–1. C. 57 – 73. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-I-57-63
4. Федотов М. Ю., Бабин С. А., Будадин О. Н., Козельская С. О. Исследование возможности диагностики напряжений композиционных конструкций на основе контроля деформации и акустической эмиссии интегрированными волоконно-оптическими датчиками // Контроль. Диагностика. 2024. Т. 27, № 9. С. 25 – 36. DOI: 10.14489/td.2024.09.pp.024-035
5. Барсук В. Е., Анохин Г. Г., Степанова Л. Н., Чернова В. В. Прочностные испытания элементов авиационных конструкций из углепластика с использованием метода акустической эмиссии и тензометрии // Полет. 2016. № 7. С. 53 – 60.
6. Брянский А. А., Башков О. В. Белова И. В., Башкова Т. И. Исследование развивающихся повреждений при изгибном нагружении полимерных композиционных материалов и их идентификация методом акустической эмиссии // Frontier Materials &Technologies. 2022. No. 2. P. 7 – 16. DOI: 10.18323/2782-4039-2022-2-7-16
7. 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
8. Буймистрюк Г., Николаев В., Базлов М. Сенсорные приборы на внутрисветоводном эффекте доплера // Фотоника. 2014. Т. 48, № 6. С. 56 – 60.
9. Ромашко Р. В., Башков О. В., Ефимов Т. А. и др. Особенности применения адаптивных интерферо-метрических волоконно-оптических датчиков акустической эмиссии для контроля состояния полимерных композиционных материалов // Дефектоскопия. 2024. № 1. С. 21 – 27. DOI: 10.31857/S0130308224010023
10. Серьезнов А. Н., Степанова Л. Н., Кабанов С. И. и др. Локация сигналов акустической эмиссии в образцах из дюралюминия и углепластика с использованием антенны, состоящей из волоконно-оптических датчиков и пьезопреобразователей // Контроль. Диагностика. 2021. Т. 24, № 2. С. 16 – 27. DOI: 10.14489/td.2021.02.pp.018-029
11. Jihyun Jun, Young Dae Shim, Kyung Young Jhang. Stress Estimation Using the Acoustoelastic Effect of Surface Waves in Weak Anisotropic Materials // Applied Science. 2020. No. 10. P. 169. DOI: 10.3390/app10010169
12. Курашкин К. В. Исследование акустоупругого эффекта в анизотропном пластически деформированном материале // Акустический журнал. 2019. Т. 65, № 3. С. 382 – 388. DOI: 10.1134/S0320791919030055
13. Yang Yi, Ng Ching Tai, Mohabuth M., Kotousov A. Finite Element Prediction of Acoustoelastic Effect Associated with Lamb Wave Propagation in Prestressed Plates // Smart Materials and Structures. 2019. V. 28, No. 9. P. 095007. DOI: 10.1088/1361-665x/ab2dd3
14. Муякшин С. И., Диденкулов И. Н., Вьюгин П. Н. и др. Исследование метода обнаружения и локализации неоднородностей в пластинах с использованием волн Лэмба // Акустический журнал. 2021. Т. 67, № 3. С. 270 – 273. DOI: 10.31857/S0320791921030114
15. Бурков М. В., Еремин А. В., Бяков А. В. и др. Диагностика ударных повреждений монолитных и сотовых углепластиков с помощью ультразвуковых волн Лэмба // Дефектоскопия. 2021. № 2. С. 33 – 43. DOI: 10.31857/S0130308221020044
16. Soutis C., Diamanti K. Impact Damage Detection in Composite Sandwich Structures by Low Frequency Lamb Waves // ICCES. 2007. V. 1, No. 2. P. 49 – 54.
17. Osetrov A. V., Fröhlich H.-J., Koch R., Chilla E. Acoustoelastic effect in anisotropic layered structures // Physical Review B. 2000. V. 621, No. 21. P. 13963 – 13969. DOI: 10.1103/PhysRevB.62.13963
18. Степанова Л. Н., Кабанов С. И., Курбатов А. Н. и др. Ультразвуковая система для определения продольных механических напряжений в рельсах // Датчики и системы. 2023. № 1. С. 31 – 39. DOI: 10.25728/datsys.2023.1.5
1. Stepanova L. N., Kabanov S. I., Chernova V. V. (2022). Location of acoustic emission signals from impacts on a carbon fiber sample using antennas made of piezo- and fiber-optic sensors. Defektoskopiya, (4), 3 – 13. [in Russian language]. DOI: 10.31857/S0130308222040017
2. Atmethanov R. S., Dubinin E. F. (2020). Method for analyzing acoustic signals in the diagnosis of composite materials. Problemy mashinostroeniya i nadezhnosti mashin, (2), 106 – 112. [in Russian language]. DOI: 10.31857/S0235711920020030
3. Bautin A. A. (2019). Monitoring of aircraft structural elements using strain gauge data. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov, 85(1–1), 57 – 73. [in Russian language]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-1-I-57-63
4. Fedotov M. Yu., Babin S. A., Budadin O. N., Kozel'skaya S. O. (2024). Study of the possibility of diagnosing stresses of composite structures based on monitoring deformation and acoustic emission with integrated fiber-optic sensors. Kontrol'. Diagnostika, 27(9), 25 – 36. [in Russian language]. DOI: 10.14489/td.2024.09.pp.024-035
5. Barsuk V. E., Anohin G. G., Stepanova L. N., Chernova V. V. (2016). Strength testing of carbon fiber rein-forced plastic aircraft structures using the acoustic emission and strain gauge method. Polet, (7), 53 – 60. [in Russian language]
6. Bryanskiy A. A., Bashkov O. V. Belova I. V., Bashkova T. I. (2022). Study of developing damage under flexural loading of polymer composite materials and their identification by acoustic emission method. Frontier Materials &Technologies, (2), 7 – 16. [in Russian language]. DOI: 10.18323/2782-4039-2022-2-7-16
7. 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
8. Buymistryuk G., Nikolaev V., Bazlov M. (2014). Sensor devices based on the intra-fiber Doppler effect. Fotonika, 48(6), 56 – 60. [in Russian language]
9. Romashko R. V., Bashkov O. V., Efimov T. A. et al. (2024). Features of the use of adaptive interferometric fiber-optic acoustic emission sensors for monitoring the condition of polymer composite materials. Defektoskopiya, (1), 21 – 27. [in Russian language]. DOI: 10.31857/S0130308224010023
10. Ser'eznov A. N., Stepanova L. N., Kabanov S. I. et al. (2021). Acoustic emission signals location in duralumin and carbon fiber samples by optical fiber and piezoelectric transducer sensors antenna. Kontrol'. Diagnostika, 24(2), 18 – 29. [in Russian language]. DOI: 10.14489/td.2021.02.pp.018-029
11. Jihyun Jun, Young Dae Shim, Kyung Young Jhang. (2020). Stress Estimation Using the Acoustoelastic Effect of Surface Waves in Weak Anisotropic Materials. Applied Science, (10). DOI: 10.3390/app10010169
12. Kurashkin K. V. (2019). Study of the acoustoelastic effect in an anisotropic plastically deformed material. Akusticheskiy zhurnal, 65(3), 382 – 388. [in Russian language]. DOI: 10.1134/S0320791919030055
13. Yang Yi, Ng Ching Tai, Mohabuth M., Kotousov A. (2019). Finite Element Prediction of Acoustoelastic Effect Associated with Lamb Wave Propagation in Prestressed Plates. Smart Materials and Structures, 28(9). DOI: 10.1088/1361-665x/ab2dd3
14. Muyakshin S. I., Didenkulov I. N., V'yugin P. N. et al. (2021). Study of a method for detecting and localizing inhomogeneities in plates using Lamb waves. Akusticheskiy zhurnal, 67(3), 270 – 273. [in Russian language]. DOI: 10.31857/S0320791921030114
15. Burkov M. V., Eremin A. V., Byakov A. V. et al. (2021). Diagnostics of impact damage of monolithic and cellular carbon fiber reinforced plastics using ultrasonic Lamb waves. Defektoskopiya, (2), 33 – 43. [in Russian language]. DOI: 10.31857/S0130308221020044
16. Soutis C., Diamanti K. (2007). Impact Damage Detection in Composite Sandwich Structures by Low Frequency Lamb Waves. ICCES, 1(2), 49 – 54.
17. Osetrov A. V., Fröhlich H.-J., Koch R., Chilla E. (2000). Acoustoelastic effect in anisotropic layered structures. Physical Review B, Vol. 621 21, 13963 – 13969. DOI: 10.1103/PhysRevB.62.13963
18. Stepanova L. N., Kabanov S. I., Kurbatov A. N. et al. (2023). Ultrasonic system for determining longitudinal mechanical stresses in rails. Datchiki i sistemy, (1), 31 – 39. [in Russian language]. DOI: 10.25728/datsys.2023.1.5
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 700 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.2025.01.pp.013-025
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 700 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.2025.01.pp.013-025
and fill out the form
.
|
Текущий номер
">
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»