|
DOI: 10.14489/td.2026.11.pp.025-032
Евдокимов А. А., Оглезнев А. А., Созонов Н. С., Федотов М. Ю.
ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЙ ТЕНЗОМЕТРИИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ УПРУГО-ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
(pp. 25-32)
Аннотация. Описано применение различных средств тензометрии для контроля механических испытаний образцов из различных полимерных композиционных материалов. Описаны основные принципы и методики проведения тензометрических измерений. Приведены результаты экспериментальных исследований по контролю модуля упругости образцов, полученных на основе среднемодульного углеродного волокна с однонаправленной и равнопрочной схемами армирования, с помощью экстензометра, электрического тензодатчика и волоконно-оптического тензодатчика на основе волоконной брэгговской решетки. Показано, что волоконно-оптические тензодатчики являются хорошей альтернативой классическим средствам тензометрии. Они позволяют определять численные значения механических характеристик образцов из полимерных композитов и в перспективе могут быть успешно применены в качестве системы непрерывного неразрушающего оптического контроля композитных конструкций, в том числе в сложных условиях эксплуатации.
Ключевые слова: тензометрия, полимерный композиционный материал, модуль упругости, деформация, волоконно-оптический датчик, волоконная брэгговская решетка.
Evdokimov А. А., Ogleznev A. A., Sozonov N. S., Fedotov M. Yu.
APPLICATION OF FIBER-OPTIC STRAIN GAUGES FOR NON-DESTRUCTIVE TESTING THE ELASTIC AND STRENGTH PROPERTIES OF POLYMER COMPOSITE MATERIALS
(pp. 25-32)
Abstract. This paper describes the use of various strain gauges to mechanical testing of specimens made of various polymer composite materials. The basic principles and methods for performing strain gauge measurements are described. The results of experimental researches on monitoring the elastic modulus of specimens obtained from medium-modulus carbon fiber with unidirectional and equal-strength reinforcement schemes are presented. These researches were conducted using an extensometer, an electrical strain gauge, and a fiber-optic strain gauge based on a fiber Bragg grating. It is demonstrated that fiber-optic strain gauges offer a viable alternative to traditional strain gauges. They enable the determination of numerical values of the mechanical properties of polymer composite specimens and, in the future, can be successfully applied as a system for continuous non-destructive optical testing of composite structures, including in challenging operating conditions.
Keywords: strain gauge, polymer composite material, elastic modulus, deformation, fiber optic sensor, fiber Bragg grating.
А. А. Евдокимов (Российская инженерная академия, Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
А. А. Оглезнев, Н. С. Созонов (ООО «Инверсия-Сенсор», Пермь, 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. Ю. Федотов (Российская инженерная академия; Москва, Россия, ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ», Казань, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Д. С. Дорофеев (ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева – КАИ», Казань, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
А. А. Evdokimov (Russian Engineering Academy, Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
A. A. Ogleznev, N. S. Sozonov (LLC “Inversion Sensor”, Perm, 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.
M. Yu. Fedotov (Russian Engineering Academy, Moscow, Russia, Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAI, Kazan, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
D. S. Dorofeev (Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev – KAI, Kazan, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1(34). С. 3 – 33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33
2. Каблов Е. Н. Материалы нового поколения и цифровые технологии их переработки // Вестник Российской академии наук. 2020. Т. 90, № 4. С. 331 – 334.
3. Гончаров В. А., Тимошков П. Н., Усачева М. Н. Перспективы производства крупногабаритных авиационных деталей из полимерных композиционных материалов: обзор // Труды ВИАМ. 2021. № 12(106). С. 55 ‒ 62. DOI: 10.18577/2307-6046-2021-0-12-55-62
4. Тензометрия в транспортном машиностроении / А. Н. Серьезнов, Л. Н. Степанова, С. И. Кабанов, Е. Ю. Лебедев и др. Новосибирск: Наука, 201. 272 с.
5. Степанова Л. Н., Лебедев Е. Ю., Кабанов С. И. и др. Исследование характеристик проволочных и полупроводниковых тензодатчиков, используемых для измерения ударных процессов // Датчики и системы. 2013. № 1. С. 28 – 33.
6. ГОСТ Р 56785‒2015. Композиты полимерные. Метод испытания на растяжение плоских образцов. М.: Стандартинформ, 2016. 20 с.
7. Степанова Л. Н., Курбатов А. Н., Кабанов С. И. и др. Исследование возможности комплексного применения методов акустической эмиссии, тензометрии и эффекта акустоупругости для контроля углепластиков при статическом нагружении // Контроль. Диагностика. 2025. Т. 28, № 1(319). С. 13 ‒ 25. DOI: 10.14489/td.2025.01.pp.013-025
8. Федотов М. Ю. Моделирование термокомпенсации данных оптического контроля композитных конструкций внешним волоконно-оптическим датчиком температуры // Контроль. Диагностика. 2024. Т. 27, № 1(307). С. 4 ‒ 13. DOI: 10.14489/td.2024.01.pp.004-013
9. Федотов М. Ю., Васильев С. А. Методические аспекты оценки чувствительности волоконных брэгговских решеток к механическому и тепловому воздействиям для систем оптического контроля полимерных композитов // Контроль. Диагностика. 2023. Т. 26, № 12(306). С. 13 ‒ 23. DOI: 10.14489/td.2023.12.pp.013-023
10. Симонов В. А., Голиков Е. В., Терентьев В. С., Достовалов А. В. ВБР в бессердцевинном кварцевом волокне для измерения высоких температур // Прикладная фотоника. 2024. Т. 11, № 4. С. 35 ‒ 49. DOI: 10.15593/2411-4375/2024.4.04
11. Вольф А. А., Достовалов А. В., Вабниц С., Бабин С. А. Фемтосекундная запись структур показателя преломления в многомодовых и многосердцевинных волоконных световодах // Квантовая электроника. 2018. Т. 48, № 12. С. 1128 ‒ 1131.
12. Шуклина Ю. В., Коптев Д. С. Практические результаты использования различных модификаций оптоволоконных датчиков на основе ячеек Брэгга // Электронные средства и системы управления: Матер. докл. Междунар. науч.-практ. конф. 2022. № 1-1. С. 113 ‒ 116.
13. Васютинская С. И., Малкина В. Д., Киселев Г. А. Волоконно-оптические датчики в агрессивных средах: эффективность и экологичность // Экологический вестник России. 2015. № 9. С. 35 ‒ 38.
14. Буймистрюк Г. Волоконно-оптические датчики для экстремальных условий // Control Engineering. 2013. № 3(45). С. 34 ‒ 40.
15. Качура С. М., Постнов В. И. Перспективные оптоволоконные датчики и их применение: обзор // Труды ВИАМ. 2019. № 5(77). С. 52 ‒ 61. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-5-52-61
16. Фадеев К. М., Ларионов Д. Д., Жикина Л. А. и др. Волоконно-оптический датчик одновременного измерения температуры и давления с использованием интерферометра Фабри–Перо и волоконной брэгговской решетки // Приборы и техника эксперимента. 2020. № 4. С. 115 ‒ 119. DOI: 10.31857/S003281622005002X
17. Булатов М. И., Труфанов А. Н., Панькова Д. А. и др. Релаксации напряжений в оптических волокнах на основе кварцевого стекла при повышенных температурах // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2024. Т. 51, № 1. С. 38 ‒ 46.
1. Kablov, E. N. (2015). Innovative developments of FSUE "VIAM" SSC RF on the implementation of "Strategic directions for the development of materials and technologies for their processing for the period up to 2030". Aviatsionnye materialy i tekhnologii, (1), 3–33. [in Russian language]. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33
2. Kablov, E. N. (2020). New generation materials and digital technologies for their processing. Vestnik Rossiyskoy akademii nauk, 90(4), 331–334. [in Russian language].
3. Goncharov, V. A., Timoshkov, P. N., & Usacheva, M. N. (2021). Prospects for the production of large-sized aircraft parts from polymer composite materials: a review. Trudy VIAM, (12), 55–62. [in Russian language]. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2021-0-12-55-62
4. Seryoznov, A. N., Stepanova, L. N., Kabanov, S. I., Lebedev, E. Yu., et al. (2010). Strain measurement in transport engineering. Nauka. [in Russian language].
5. Stepanova, L. N., Lebedev, E. Yu., Kabanov, S. I., et al. (2013). Investigation of characteristics of wire and semiconductor strain gauges used for measuring impact processes. Datchiki i sistemy, (1), 28–33. [in Russian language].
6. GOST R 56785 2015. (2016). Polymer composites. Test method for tensile testing of flat specimens. Standartinform. [in Russian language].
7. Stepanova, L. N., Kurbatov, A. N., Kabanov, S. I., et al. (2025). Investigation of the possibility of combined application of acoustic emission, strain measurement and acoustoelasticity effect methods for monitoring carbon fiber reinforced plastics under static loading. Kontrol'. Diagnostika, 28(1), 13–25. [in Russian language]. https://doi.org/10.14489/td.2025.01.pp.013-025
8. Fedotov, M. Yu. (2024). Modeling of thermal compensation of optical control data of composite structures by an external fiber-optic temperature sensor. Kontrol'. Diagnostika, 27(1), 4–13. [in Russian language]. https://doi.org/10.14489/td.2024.01.pp.004-013
9. Fedotov, M. Yu., & Vasiliev, S. A. (2023). Methodological aspects of evaluating the sensitivity of fiber Bragg gratings to mechanical and thermal effects for optical monitoring systems of polymer composites. Kontrol'. Diagnostika, 26(12), 13–23. [in Russian language]. https://doi.org/10.14489/td.2023.12.pp.013-023
10. Simonov, V. A., Golikov, E. V., Terentyev, V. S., & Dostovalov, A. V. (2024). FBG in coreless quartz fiber for measuring high temperatures. Prikladnaya fotonika, 11(4), 35–49. [in Russian language]. https://doi.org/10.15593/2411-4375/2024.4.04
11. Wolf, A. A., Dostovalov, A. V., Wabnitz, S., & Babin, S. A. (2018). Femtosecond recording of refractive index structures in multimode and multicore fiber waveguides. Kvantovaya elektronika, 48(12), 1128–1131. [in Russian language].
12. Shuklina, Yu. V., & Koptev, D. S. (2022). Practical results of using various modifications of fiber optic sensors based on Bragg cells. In Elektronnye sredstva i sistemy upravleniya. Materialy dokladov Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, (1 1), 113–116. [in Russian language].
13. Vasyutinskaya, S. I., Malkina, V. D., & Kiselev, G. A. (2015). Fiber-optic sensors in aggressive environments: efficiency and environmental friendliness. Ekologicheskiy vestnik Rossii, (9), 35–38. [in Russian language].
14. Buimistryuk, G. (2013). Fiber-optic sensors for extreme conditions. Control engineering, (3), 34–40. [in Russian language].
15. Kachura, S. M., & Postnov, V. I. (2019). Promising fiber-optic sensors and their application: a review. Trudy VIAM, (5), 52–61. [in Russian language]. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-5-52-61
16. Fadeev, K. M., Larionov, D. D., Zhikina, L. A., et al. (2020). Fiber-optic sensor for simultaneous measurement of temperature and pressure using Fabry-Perot interferometer and fiber Bragg grating. Pribory i tekhnika eksperimenta, (4), 115–119. [in Russian language]. https://doi.org/10.31857/S003281622005002X
17. Bulatov, M. I., Trufanov, A. N., Pankova, D. A., et al. (2024). Stress relaxation in silica glass optical fibers at elevated temperatures. Kratkie soobshcheniya po fizike FIAN, 51(1), 38–46. [in Russian language].
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»