Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

Исследование развивающихся повреждений при изгибном нагружении полимерных композиционных материалов и их идентификация методом акустической эмиссии

https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-7-16

Полный текст:

Аннотация

Полимерные композиционные материалы (ПКМ), армированные стеклянными волокнами, востребованы во многих отраслях промышленности благодаря комплексу уникальных свойств (высокой удельной прочности и хемостойкости) при экономической эффективности применения. Вместе с тем использование стеклотканей в роли армирующих элементов обеспечивает высокую технологичность производства. Однако, в отличие от кристаллических материалов, ПКМ подвержены сложному процессу разрушения, требующего применения неразрушающих методов контроля для получения информации о природе образующихся повреждений и кинетики их накопления. Работа посвящена исследованию повреждений, развивающихся в образцах стеклопластика, формованного с использованием стеклоткани Т-11-ГВС-9 и связующего DION 9300 FR, в условиях статической деформации изгибом в сопровождении метода акустической эмиссии (АЭ). В работе решалась задача идентификации природы повреждений в стеклопластике по спектрам Фурье регистрируемых сигналов АЭ. Для оценки кинетики образования и развития повреждений использовался метод кластеризации. Кластеризация выполнялась на основе алгоритма самоорганизующейся карты Кохонена (SOM) с использованием значений пиковых частот спектров Фурье, рассчитанных для зарегистрированных сигналов АЭ при статической деформации изгибом образца стеклопластика до разрушения. Для обеспечения разделимости образующихся повреждений по параметрам АЭ использовалась скорость нагружения в 10 раз ниже определяемой по государственному стандарту. Установлено, что использование частотного представления сигналов АЭ, регистрируемых при разрушении стеклопластика, эффективно при решении задачи идентификации природы образующихся повреждений. Установлено, что процесс образования расслоений при изгибе многослойных слоистых пластиков выступает критическим механизмом разрушения, приводящим к существенной потере прочностных свойств полимерного композита.

Об авторах

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

заведующий лабораторией, младший научный сотрудник



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

доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой материаловедения и технологии новых материалов, ведущий научный сотрудник



Инна Валерьевна Белова
Комсомольский-на-Амуре государственный университет, Комсомольск-на-Амуре
Россия

кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения и технологии новых материалов



Татьяна Игоревна Башкова
Комсомольский-на-Амуре государственный университет, Комсомольск-на-Амуре
Россия

кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения и технологии новых материалов



Список литературы

1. Zarif Karimi N., Minak G., Kianfar P. Analysis of damage mechanisms in drilling of composite materials by acoustic emission // Composite Structures. 2005. Vol. 131. P. 107–114. DOI: 10.1016/J.COMPSTRUCT.2015.04.025.

2. Мерсон Д.Л., Дементьев С.И., Миронов М.А., Куценко М.М., Виноградов А.Ю. Применение метода акустической эмиссии для контроля деструкционных процессов цементных бетонов // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2012. № 2. С. 41–45.

3. Селезнев М.Н., Виноградов А.Ю. Применение метода акустической эмиссии для мониторинга ультразвуковых усталостных испытаний // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2021. № 2. С. 47–56. DOI: 10.18323/2073-5073-2021-2-47-56.

4. Hao W., Yuan Z., Tang C., Zhang L., Zhao G., Luo Y. Acoustic emission monitoring of damage progression in 3D braiding composite shafts during torsional tests // Composite Structures. 2019. Vol. 208. P. 141–149. DOI: 10.1016/j.compstruct.2018.10.011.

5. Marec A., Thomas J.H., El Guerjouma R. Damage characterization of polymer-based composite materials: Multivariable analysis and wavelet transform for clustering acoustic emission data // Mechanical systems and signal processing. 2008. Vol. 22. № 6. P. 1441–1464. DOI: 10.1016/j.ymssp.2007.11.029.

6. Степанова Л.Н., Батаев В.А., Чернова В.В. Исследование разрушения образцов из углепластика при статическом нагружении с использованием методов акустической эмиссии и фрактографии // Дефектоскопия. 2017. № 6. С. 26–33.

7. Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н., Лазненко А.С., Кабанов С.И., Кожемякин В.Л., Чернова В.В. Статические испытания кессона композиционного крыла самолета с использованием акустической эмиссии и тензометрии // Дефектоскопия. 2020. № 8. С. 12–21. DOI: 10.31857/S0130308220080023.

8. 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.

9. 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.

10. Линдеров М.Л., Зегель К., Виноградов А.Ю., Вайднер А., Бирман Х. Особенности деформации ТРИП/ТВИП сталей при различных температурах по данным акустической эмиссии // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2013. № 3. С. 208–212.

11. Кабалдин Ю.Г., Хлыбов А.А., Аносов М.С., Шатагин Д.А. Исследование хладостойкости металлов индентированием с регистрацией сигнала акустической эмиссии // Вестник машиностроения. 2020. № 8. С. 61–64. DOI: 10.36652/0042-4633-2020-8-61-64.

12. Аверин П.И. Интеллектуальная обработка цифровых осциллографических данных импульсов акустической эмиссии при пластической деформации металлов // Вестник транспорта Поволжья. 2013. № 2. С. 43–49.

13. Аверин П.И., Мельников Б.Ф. Вариант решения задачи прогнозирования признаков разрушения металлов с помощью нейронных сетей на основе данных вейвлет-анализа импульсов акустической эмиссии // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2011. № 7. С. 789–794.

14. Кабалдин Ю.Г., Лаптева И.Л., Шатагина Д.А., Аносова М.С., Зотова В.О. Разрушение конструкций при работе в условиях пониженных температур и диагностика устойчивости структурного состояния материала // Вестник машиностроения. 2016. № 1. С. 60–64.

15. Кузнецов П.Н., Котельников Д.Ю. Автоматизированный комплекс интеллектуального мониторинга ветровых электростанций // Энергосбережение и водоподготовка. 2022. № 1. С. 4–10.

16. Bashkov O.V., Parfenov E.E., Bashkova T.I. A soft and hardware complex for recording and processing of acoustic emission signals and for location and identification of their sources // Instruments and Experimental Techniques. 2010. Vol. 53. № 5. P. 682–687. DOI: 10.1134/S0020441210050106.

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. S442–S455.

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. S125–S136.

19. 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. № 1. P. 286–299. DOI: 10.1016/j.compstruct.2014.05.023.

20. Hill E.V., 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. 167–179.

21. Enoki M., Muto Y., Shiraiwa T. Evaluation of deformation behavior in LPSO-magnesium alloys by AE clusteringand inverse analysis // Journal of Acoustic Emission. 2016. Vol. 33. P. S71–S76.

22. Morioka K., Tomita Y. Effect of lay-up sequences on mechanical properties and fracture behavior of CFRP laminate composites // Materials Characterization. 2000. Vol. 45. № 2. P. 125–136. DOI: 10.1016/S1044-5803(00)00065-6.

23. Klasztorny M., Nycz D., Labuda R. Modelling, simulation and experimental validation of bend tests on GFRP laminate beam and plate specimens // Composite Structures. 2018. Vol. 184. P. 604–612. DOI: 10.1016/j.compstruct.2017.10.046.

24. 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. S261–S270.

25. Sause M.G.R. Acoustic emission source identification in large scale fibre reinforced composites // Journal of Acoustic Emission. 2016. Vol. 33. P. S223–S232.

26. Лавров А.В., Баранов В.М. Метод оценки прочности полимерных композиционных материалов при межслойном сдвиге // Труды Центрального научно-исследовательского института им. академика А.Н. Крылова. 2015. № 86. С. 275–284.

27. Яковлев Н.О., Гуляев А.И., Лашов О.А. Трещиностойкость слоистых полимерных композиционных материалов (обзор) // Труды ВИАМ. 2016. № 4. С. 104–112. DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-4-12-12.


Рецензия

Для цитирования:


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;(2):7-16. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-7-16

For citation:


Bryansky A.A., Bashkov O.V., Belova I.V., Bashkova T.I. Investigation of damages formed in polymer composite materials under bending loading and their identification by the acoustic emission technique. Frontier Materials & Technologies. 2022;(2):7-16. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2782-4039-2022-2-7-16

Просмотров: 65


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


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