WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 14 |

Способы оценки работоспособности изделий из композиционных материалов методом компьютерной томографии

-- [ Страница 2 ] --

Применение КРТ в качестве метода НК позволяет получать 3Dизображения внутреннего объема деталей и узлов из КМ в высоком разрешении, с определением линейных размеров и положения дефектов различной природы в структуре материала. Результаты КРТ могут быть применены при проведении мероприятий по ремонту композитных конструкций, разработке методик оценки изменения свойств КМ при наличии внутренних дефектов, выработке решений по оптимизации технологических процессов.

Научная новизна и теоретическая значимость диссертационной работы заключается в том, что в ней:

Рассмотрены основные типы дефектов внутренней структуры конструкций из КМ и применяемые для их выявления методы НК Предложено и обосновано применение метода КРТ для НК изделий из КМ;

Определены конкурентные преимущества КРТ в сравнении с другими методами НК и основные направления применения томографии для контроля изделий;

Выявлены некоторые закономерности и зависимости, дающие возможность оценить влияние дефектов и повреждений внутренней структуры изделий из КМ на несущую способность, жесткостные и прочностные характеристики;

Проведена оценка влияния технологического процесса изготовления на появление внутренних повреждений композита, в том числе для новых и перспективных методов создания изделии по технологиям инфузии и пропитки под давлением (RFI – Resin Film Infusion и RTM -Resin Transfer Molding).

Практическая значимость настоящей работы заключается в её актуальности для промышленности и её ключевых отраслей, использующих КМ. Использование высокоточных современных методов НК, в том числе КРТ, позволит получать объективную и полноценную информацию о состоянии внутренней структуры композитных конструкций на всех этапах жизненного цикла изделия, что даст возможность оценки качества технологии и параметров эксплуатационного цикла на свойства материала изделия.

Использование КРТ совместно с теоретическими моделями поведения КМ с внутренними дефектами позволит улучшить качество деталей и агрегатов, оптимизировать технологический процесс изготовления из композитов изделий различных отраслей, выдать необходимые рекомендации по ремонту поврежденных конструкций.

Результаты настоящей диссертационной работы были использованы в рамках работы с ФГУП "ЦАГИ" им. Н.Е.Жуковского по повышению ударной стойкости и остаточной прочности на сжатие после удара для углепластиков на эпоксидных матрицах, формируемых по технологиям пропитки под давлением, где с помощью КРТ были изучены механизмы образования расслоений в композиционных образцах с прошивкой в направлении, перпендикулярном плоскости армирования слоёв, а также поведение структуры материала под действием нагрузки вплоть до разрушения, что подтверждено соответствующим актом внедрения, представленным в приложении А.

Также результаты данной диссертационной работы были использованы в рамках опытно-конструкторской работы "Разработка и изготовление элементов опытного образца фонаря вертолета Ка-226Т", проводившейся ОАО "ММЭЗ композиционные технологии" по заказу ОАО "Камов". В качестве актуального применения компьютерной томографии были определены образцы-свидетели и конструктивно-подобные элементы радиопрозрачного носового обтекателя (кока) для проверки качества выбранной технологии изготовления трехслойных панелей после формования методами НК.

Для центральной стойки из углепластика фонаря кабины пилотов вертолета были определены задачи НК с помощью КРТ для анализа состояния внутренней структуры агрегата после указанного в ТЗ случая лобового контакта центральной стойки с птицей массой 1кг на скорости 190 км/ч.

Данные НК должны однозначно свидетельствовать о состоянии агрегата и возможности его дальнейшей эксплуатации после проведения необходимых ремонтных мероприятий.

Глава 1. Композиционные материалы и основные технологии, применяемые в технологическом процессе изготовления изделий 1.1. Обзор научных работ, посвященных проблематике неразрушающего контроля изделий из композиционных материалов Появление первых конструкций из анизотропных материалов – стеклопластиков на полимерной матрице – произошло в 50-х г. двадцатого столетия.

Начиная с того времени разрабатывается математический аппарат, описывающий механику многослойных КМ при действии внешних статических, динамических, температурных нагрузок. Наличие большого количества упругих констант анизотропного материала требовало составления новых моделей поведения КМ, в частности, для композитов характерно линейно-упругое деформирование практически до разрушения. Механика поведения и разрушения КМ подробно изложена, например, в [1], [12], [19],[28], [96], [100]. Научнотехническое развитие способствовало внедрению конструкций из композитов в различных отраслях промышленности, появлению различных технологических процессов изготовления изделий из КМ, пополнялась номенклатура используемых материалов, совершенствовалась методологическая база.

Практически одновременно с внедрением КМ в различные отрасли, в частности, авиа-, ракето- и приборостроение, развивались и совершенствовались методы НК качества внутренней структуры композиционных изделий, в дополнение к традиционно используемым визуальному и оптическому методам НК возникают электромагнитные, акустические, тепловые и иные методы.

Проблемы изучения внутренней структуры деталей, агрегатов и узлов из различных материалов, в частности, вопросы дефектоскопии, рассматривались в работах таких ученых, как В.П. Вавилов [23], И.Н. Ермолов [56,57], В.В. Воробей [33]. Проблемы контроля качества изделий из КМ, изучение и классификация методов НК и их применимость к композитным деталям наиболее полно рассматривается в работах В.В. Сухорукова и Б.Н. Епифанцева [49,54], В.В.





Клюева [62,63,65] и др. Прогнозированию надежности конструкций, изготовленных из КМ, посвящены работы российского ученого А.И. Потапова [85,86].

Возможности применения голографической интерферометрии в механике КМ рассмотрены в работах В.Н. Бакулина, В.О. Каледина, А.А. Рассохи [1,12].

Вопросам использования различных акустических методов НК (импедансного, ультразвукового) для контроля состояния внутренней структуры конструкций из КМ посвящены научные работы Ю.В. Ланге и В.А. Воронкова [71,72]. В них рассмотрена методология и механизмы получения данных о состоянии внутренней структуры и имеющихся дефектов, определены математические законы поляризации излучаемых волн, изменения фазы и амплитуды волны при прохождении через дефектную среду и на границе раздела.

Применение электромагнитных методов контроля изотропных, анизотропных и многослойных конструкций рассмотрено в работе В.Г. Герасимова [37].

Анализ эффективности тепловых методов контроля композиционных структуры приведен в работах В.П. Вавилова [24,25], О.Н. Будадина [21], Ж. Госсоржа [39]. В данных трудах анализируется возможность применения тепловых методов НК для детектирования внутренних дефектов вида "расслоение", определяются предпосылки для развития данного класса методов НК. Дальнейшее развитие техники позволило разработать и внедрить в промышленность такие методы НК, как ИК-термография и тепловизиография.

Появление высокоточных методов НК, в частности, КРТ, открыло широкие возможности для повышения качества контроля материалов. Среди трудов зарубежных ученых, занимающихся анализом взаимодействия высокоэнергетического излучения со слоистыми материалами и способам получения картины внутренней структуры, стоит выделить работы Р. Бейтса [15], Д. Бернарда [16], Г. Хермена [101]. В частности, Бейтсом и Херменом определены основные подходы к получению трехмерного объемного изображения контролируемого объекта, а также плоских двумерных срезов, позволяющих оценить состояние материала в выбранном сечении по любой секущей плоскости. В отечественной научной среде вопросам применения томографии в качестве метода НК изделий из КМ посвящены работы В.А. Добромыслова, А.С. Кравчука [67], М.Я.

Марусиной и А.О. Казначеевой [75]. Особенно большой вклад в популяризацию радиационных методов контроля изделий из традиционных и композиционных материалов внесли работы С.В. Румянцева [87, 90, 91].

Расширение КРТ в качестве современного инструмента для получения высокоточной картины внутренней структуры композиционных изделий связано с работами Э.И. Вайнберга, а также таких ученых, как А.С. Кравчук и Е.И. Симонов [92] и др. Использованию томографии в различных отраслях промышленности посвящены научные труды Э.Ю. Васильевой и Э.И. Косарева [31], а также С.А. Терещенко [98], В.Н. Бакулина и др. [11].

Важным аспектом разработки, производства и эксплуатации конструкций из КМ является выбор соответствующего технологического процесса изделий из композитов. Среди основных работ, связанных с отработкой технологических процессов формования композитных конструкций, отметим труды С.Л.

Баженова [13], И.М. Буланова [22], В.В. Васильева [29,30], В.И. Резниченко [88], в которых описаны основные применяемые в настоящее время технологии изготовления узлов и изделий из КМ, в том числе современные пропиточные технологии – инфузия и пропитка под давлением.

Получение точной и достоверной информации об имеющихся внутренних дефектах конструкции из КМ с помощью современных методов НК дало возможность проводить оценку изменения свойств материала при наличии повреждений. В частности, в работе А.С. Овчинского [81] рассматриваются принципы имитации микро- и макродефектов КМ с помощью вычислительных программных средств, позволяющих моделировать поведение поврежденных конструкций под нагрузкой. Возможности моделирования и расчета КМ и элементов конструкций из КМ, в т.ч. поврежденных, в программном вычислительном комплексе "Композит" описаны в работе В.Н. Бакулина, В.О.Каледина, А.А.

Рассохи [12]. Вопросы построения математического аппарата поведения слоистых КМ рассмотрены в работах А.А. Дудченко, А.Н. Елпатьевского, В.В. Фирсанова и С.А. Лурье [52,53], а также Л.В. Шашковой и М.А. Швецовой [103].

Таким образом, анализ научной литературы и источников позволил определить текущий уровень применения КРТ в качестве метода НК изделий из КМ на полимерных матрицах, применяемых в различных отраслях промышленности, а также определить основной математический аппарат, используемый для определения физических и механических свойств КМ. Современные методы НК используются для контроля качества изготовленных композитных конструкций, а также для инспекционного контроля эксплуатируемых изделий из КМ. В рамках настоящей работы были сформулированы основные задачи использования результатов НК с помощью высокоточных методов НК на различных этапах жизненного цикла изделия и разработки способов оценки влияния дефектов в КМ на физико-механические и эксплуатационные характеристики.

Как было отмечено ранее, КМ является неоднородным сплошным материалом, состоящим из двух или более компонент, среди которых можно выделить армирующую и матричную составляющие, различные по своему функциональному назначению.

Армирующая составляющая обеспечивает прочностные и жесткостные характеристики материала в направлении армирования – укладки волокон монослоя, технологичность волокон определяет возможность создания высокопроизводительных процессов изготовления изделий, например, автоматизированная выкладка лент и препрегов, намотка. Матрица обеспечивает герметичность материала, равномерность включения в работу армирующего компонента, перераспределение нагрузки с поврежденных волокон, воспринимает сдвиговые нагрузки, действующие в плоскости монослоя, определяет прочность при нагружении в направлении, не совпадающем с направлением укладки волокон.

В качестве армирующего компонента используют стеклянные, углеродные, базальтовые, арамидные, борные и иные типы волокон, обладающие высокими значениями прочности и модуля упругости при растяжении. Основные характеристики применяемых волокон представлены в табл.1.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 14 |
 









 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.