Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Идентификация источников акустической эмиссии в полимерном композиционном материале в условиях циклического растяжения

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-19-27

Полный текст:

Аннотация

Структура полимерных композиционных материалов (ПКМ) позволяет добиться высоких показателей механических свойств, но в то же время сильно чувствительна к образованию внутренних дефектов. Поэтому при проектировании, изготовлении изделий и оценке их надежности в условиях эксплуатации большое внимание уделяется методам неразрушающего контроля, среди которых для исследования структурных изменений в материале при внешнем воздействии себя зарекомендовал метод акустической эмиссии (АЭ). Работа посвящена выявлению типовых повреждений в образцах стеклопластика, изготовленного из стеклоткани Т11-ГВС9 и связующего DION 9300 FR, в условиях циклического растяжения с использованием метода АЭ. В работе решалась задача выбора информативных параметров АЭ и использовался метод кластеризации для идентификации природы источников АЭ и кинетики их образования. Кластеризация выполнялась на основе метода самоорганизации картой Кохонена (SOM) по спектрам Фурье, рассчитанным для зарегистрированных в процессе циклических испытаний сигналов АЭ. На основании анализа пиковых частот полученных кластеров определялась их природа и рассчитывались периоды критического накопления. При характеризации источников АЭ также использовался анализ пиковых частот вейвлет-спектров, выполненный для различных уровней декомпозиции. Определение стадий накопления повреждений образцов во время испытания выполнялось на основании использования материалов собственных исследований и исследований других авторов. Установлено, что по регистрации сигналов АЭ, идентифицированных как нарушение адгезии, можно выявить начало разрушения материала, а по охарактеризованному локальному образованию микроповреждений матрицы и излому волокон можно спрогнозировать разрушение ПКМ.

Об авторах

Антон Александрович Брянский
Комсомольский-на-Амуре государственный университет, Комсомольск-на-Амуре (Россия); Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, Владивосток (Россия)
Россия

аспирант



Олег Викторович Башков
Комсомольский-на-Амуре государственный университет, Комсомольск-на-Амуре (Россия); Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, Владивосток (Россия)
Россия

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой материаловедения и технологии новых материалов



Список литературы

1. Willems F., Benz J., Bonten C. Detecting the critical strain of fiber reinforced plastics by means of acoustic emission analysis // Journal of Acoustic Emission. 2016. Vol. 33. P. 525–534.

2. Gutkin R., Green C.J., Vangrattanachai S., Pinho S.T., Robinson P., Curtis P.T. On acoustic emission for failure investigation in CFRP: Pattern recognition and peak frequency analyses // Mechanical systems and signal processing. 2011. Vol. 25. № 4. P. 1393–1407. DOI: 10.1016/j.ymssp.2010.11.014.

3. Шилова А.И., Вильдеман В.Э., Лобанов Д.С., Лямин Ю.Б. Исследование механизмов разрушения углеродных композиционных материалов на основе механических испытаний с регистрацией сигналов акустической эмиссии // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2013. № 4. С. 169–179. DOI: 10.15593/perm.mech/2013.4.169-179.

4. Nikbakht M., Yousefi J., Hosseini-Toudeshky H., Minak G. Delamination evaluation of composite laminates with different interface fiber orientations using acoustic emission features and micro visualization // Composites Part B: Engineering. 2017. Vol. 113. P. 185–196. DOI: 10.1016/j.compositesb.2016.11.047.

5. Ech-Choudany Y., Assarar M., Scida D., Morain-Nicolier F., Bellach B. Unsupervised clustering for building a learning database of acoustic emission signals to identify damage mechanisms in unidirectional laminates // Applied Acoustics. 2017. Vol. 123. P. 123–132. DOI: 10.1016/j.apacoust.2017.03.008.

6. Li L., Lomov S.V., Yan X., Carvelli V. Cluster analysis of acoustic emission signals for 2D and 3D woven glass/epoxy composites // Composite Structures. 2014. Vol. 116. P. 286–299. DOI: 10.1016/j.compstruct.2014.05.023.

7. Sause M.G.R. Acoustic emission source identification in large scale fibre reinforced composites // Journal of Acoustic Emission. 2016. Vol. 33. P. 441–450.

8. Иванов В.И., Белов П.А., Насибуллин Т.С. Дефекты в композиционных материалах как источники акустической эмиссии // Знание. 2016. № 3-2. С. 23–29.

9. De Oliveira R., Marques A.T. Health monitoring of FRP using acoustic emission and artificial neural networks // Computers & structures. 2008. Vol. 86. № 3-5. P. 367–373. DOI: 10.1016/j.compstruc.2007.02.015.

10. Qi G., Barhorst A., Hashemi J., Kamala G. Discrete wavelet decomposition of acoustic emission signals from carbon-fiber-reinforced composites // Composites Science and Technology. 1997. Vol. 57. № 4. P. 389–403. DOI: 10.1016/S0266-3538(96)00157-1.

11. Bryansky A.A., Bashkov O.V., Bashkov I.O., Solovev D.B. PCM bearing capacity prediction criteria development based on registered AE parameters // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 459. № 6. Article number 062105. DOI: 10.1088/1755-1315/459/6/062105.

12. Hill E.v.K., Foti C.J., Leung N.Y., Palacios A.E. Neural network burst pressure prediction in tall graphite-epoxy pressure vessels from acoustic emission data // Journal of Acoustic Emission. 2012. Vol. 30. P. 167–180.

13. Li L., Lomov S.V., Yan X. Correlation of acoustic emission with optically observed damage in a glass/epoxy woven laminate under tensile loading // Composite structures. 2015. Vol. 123. P. 45–53. DOI: 10.1016/j.compstruct.2014.12.029.

14. Xu D., Liu P.F., Chen Z.P., Leng J.X., Jiao L. Achieving robust damage mode identification of adhesive composite joints for wind turbine blade using acoustic emission and machine learning // Composite Structures. 2020. Vol. 236. Article number 111840. DOI: 10.1016/j.compstruct.2019.111840.

15. Enoki M., Muto Y., Shiraiwa T. Evaluation of deformation behavior in LPSO-magnesium alloys by AE clustering and inverse analysis // Journal of Acoustic Emission. 2016. Vol. 33. P. 145–150.

16. Bohmann T., Schlamp M., Ehrlich I. Acoustic emission of material damages in glass fibre-reinforced plastics // Composites Part B-Engineering. 2018. Vol. 155. P. 444–451. DOI: 10.1016/j.compositesb.2018.09.018.

17. Hamam Z., Godin N., Fusco C., Monnier T. Modelling of fiber break as Acoustic Emission Source in Single Fiber Fragmentation Test: comparison with experimental results // Journal of Acoustic Emission. 2018. Vol. 35. P. 1–12.

18. Sause M.G.R. On use of signal features for acoustic emission source identification in fibre-reinforced composites // Journal of Acoustic Emission. 2018. Vol. 35. P. 1–12.

19. Bryansky A.A., Bashkov O.V., Malysheva D.P., Solovev D.B. Investigation of the Staging of Damage Accumulation in Polymer Composite Materials during Bending and Tensile Tests // Key Engineering Materials. 2021. Vol. 887. P. 116–122. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.887.116.

20. Chernov D.V., Matyunin V.M., Barat V.A., Marchenkov A.Y., Elizarov S.V. Investigation of acoustic emission in low-carbon steels during development of fatigue cracks // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2018. Vol. 54. № 9. P. 638–647. DOI: 10.1134/S1061830918090024.

21. Бардаков В.В., Сагайдак А.И., Елизаров С.В. Акустическая эмиссия переармированных железобетонных балок // Контроль. Диагностика. 2019. № 9. С. 4–12. DOI: 10.14489/td.2019.09.pp.004-012.

22. Петронюк Ю.С., Левин В.М., Мороков Е.С., Рыжова Т.Б., Чернов А.В., Гулевский И.В. Изучение динамики развития микродефектов в углепластиках под воздействием механических нагрузок методами ультразвуковой микроскопии // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2016. Т. 80. № 10. С. 1363–1368. DOI: 10.7868/S0367676516100185.

23. Roundi W., El Mahi A., El Gharad A., Rebiere J.L. Acoustic emission monitoring of damage progression in glass/epoxy composites during static and fatigue tensile tests // Applied Acoustics. 2018. Vol. 132. P. 124–134. DOI: 10.1016/j.apacoust.2017.11.017.

24. Kumar C.S., Arumugam V., Sajith S., Dhakal H.N., John R. Acoustic emission characterisation of failure modes in hemp/epoxy and glass/epoxy composite laminates // Journal of Nondestructive Evaluation. 2015. Vol. 34. № 4. Article number 31. DOI: 10.1007/s10921-015-0306-8.


Рецензия

Для цитирования:


Брянский А.А., Башков О.В. Идентификация источников акустической эмиссии в полимерном композиционном материале в условиях циклического растяжения. Вектор науки Тольяттинского государственного университета . 2021;(3):19-27. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-19-27

For citation:


Bryansky A.A., Bashkov O.V. Identification of acoustic emission sources in a polimer composite material under the cycle tension loading. Science Vector of Togliatti State University . 2021;(3):19-27. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2021-3-19-27

Просмотров: 210


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)