WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 14 |

Способы оценки работоспособности изделий из композиционных материалов методом компьютерной томографии

-- [ Страница 7 ] --

Данные томографического контроля представляются в виде цифровых массивов, графиков и изображений, характеризующих информацию о пространственной структуре коэффициента ослабления рентгеновского излучения µ(x,y) в выбранном секущем сечении ОК, где (x,y) –приведенная система координат структурных элементов рассматриваемого проекционного сечения. Распределение коэффициента µ(x,y) для одно- и многофазных материалов пропорционально распределению плотности (x,y), таким образом, результаты восстановления томограммы дают картину распределения разноплотностей в общем объеме ОК. Принимая элементный состав неповрежденного материала в качестве исходно-фиксированного, зоны инородных включений, пор, трещин, расслоений и иных дефектов структуры КМ будут отображаться как имеющие характеристики прошедшего через ОК излучения, отличные от фиксированного, что позволяет на реконструкции томографического изображения обнаружить дефекты и повреждения, получить их геометрическое положение в объеме, зафиксировать линейные размеры.

В данной работе были использованы результаты, полученные на двух моделях компьютерных рентгеновских томографов: вычислительном томографе ВТ-600ХА (ООО "ПРОМИНТРО") и MCT 225 Metrology CT (Computing Tomography) (ООО "Нева Технолоджи").Общий вид применяемого оборудования показан на рис. 7 и8.Сравнительные характеристики томографов представлены в табл.6.

Рис.7. Общий вид компьютерного томографа MCT Рис.8. Общий вид компьютерного томографа ВТ-600ХА Табл.6. Сравнительные характеристики томографов ВТ-600ХА и MCT Максимальная мощность рентген.трубки, Вт 462 Минимальный объем выявляемых пор, мм3 0,1 0,1-0, Минимальный размер выявляемых трещин, мм 0,05 0, Геометрическая чувствительность контроля, мм 0,02 0, Промышленный вычислительный томограф ВТ-600ХА состоит из следующих компонент:

прецизионная многокоординатная система сканирования;

стол объекта контроля;

источники излучения;

многоканальный блок детекторов;

вычислительный комплекс;

средства документирования и визуализации результатов контроля;

специализированное программное обеспечение;

комплект документации для эксплуатации оборудования;

средства метрологического обеспечения.

КРТ позволяет идентифицировать дефекты внутренней структуры изделия, имеющие малые линейные размеры. В частности, минимальный диаметр выявляемых пор в металлах и матричной компоненте КМ составляет 0,05 - 0,1мм, свободно ориентированные трещины, имеющие характерную длину более 50мкм, также могут быть обнаружены при проведении НК с применением КРТ.

С помощью данного метода контроля возможно определение нарушений сплошности изделия, выявление разноплотностей, инородных включений. Таким образом, по разрешающей способности и возможности выявления скрытых дефектов материалов, КРТ на порядок превосходит традиционные средства НК.

В настоящее время рентгеновская томография используется для анализа состояния внутренней структуры изделия на различных этапах жизненного цикла изделия, при проведении научных и опытно-конструкторских работ, для оптимизации и отработки технологических процессов изготовления конструкций, в том числе и из КМ. С помощью современного высокопроизводительного вычислительного программного обеспечения анализируется информация, получаемая при контроле качества и поврежденности внутренней структуры, пространственной метрологии, точности параметров выкладки армирующей компоненты КМ и иных технологических операциях.

Одним из главных преимуществ КРТ является возможность идентификации и локализации (определение трех линейных координат) дефекта в объеме, чего невозможно добиться применением иных методов НК. Анализ дефектов может проводиться как по трехмерному изображению, так и по 2D-срезам, полученным по секущим плоскостям. С помощью томографии возможно определение сплошности объема изделия сложной формы, что показано на рис.9-11.

Рис.9.Выявление пустоты размером 0,49мм в металлической детали Рис.10.Определение общей пористости детали, выполненной литьем с помощью КРТ. Минимально выявляемый размер пор составляет 0,13мм Рис. 11. Картина пористости слоистой конструкции из КМ, полученная с помощью КРТ. Минимальный объем выявляемых порообразований 0,1мм КРТ может быть применена на всех этапах жизненного цикла изделия для анализа состояния внутренней структуры готового и эксплуатируемого изделия, контроля особо ответственных образцов, отработки технологических процессов и оценки влияния качества технологии на характеристики готового изделия. Возможности томографов позволяют применять их для контроля трехслойных сотовых конструкций с заполнителем различной природы (рис.12), конструкций из металлокомпозитов (рис.13).

Рис.12. 2D-срез томограммы сотового заполнителя на основе стеклянных Рис. 13.Изображение компьютерной томографии металлокомпозитного Таким образом, КРТ находит своё применение в послойной визуализации, проведении операции дефектоскопии, НК внутренней структуры конструкций сложной формы, в том числе сотовых, клееных, клее-механических и иных. Использование томографии особенно актуально на этапе отработки технологии изготовления, выходного контроля, инспекционного НК изделий, находящихся в эксплуатации, для оценки состояния конструкции и прогнозирования её ресурсных характеристик.

Глава 3. Основные направления применения КРТ в качестве метода НК 3.1. Контроль изготовленных изделий и агрегатов из КМ В рамках жизненного цикла изделий из КМ актуальным и обязательным этапом является этап проведения выходного НК отформованного изделия перед сдачей его в эксплуатацию. На данном этапе определяются параметры и характеристики готовой конструкции, качество изготовления, выявляются микро- и макродефекты внутренней структуры изделия, причиной которых могут являться нарушения и отклонения от технологического процесса изготовления, ошибочные конструктивно-технологические решения и др.





Выходной контроль деталей, узлов, панелей, агрегатов и изделий является ограничивающим фактором, не допускающим сдачу в эксплуатацию дефектных конструкций и узлов, в то же время результаты выходного НК могут быть использованы также для совершенствования технологического процесса формования композитных изделий.

Применение современных методов контроля - акустических, термографических, томографических - позволяет получить объемную картину распределения внутренних дефектов материала изделия. В частности, КРТ позволяет с высокой точностью определить пористость (объемное содержание внутренних пор) КМ, что дает возможность оценить степень снижения несущих и ресурсных характеристик конструкции при эксплуатации.

На рис.14 представлены качественные зависимости реализации несущих свойств композитной конструкции от степени пористости конструкции, полученные при испытаниях образцов из слоистых КМ после проведения НК с помощью КРТ для определения объема порообразований.

Рис.14. Зависимости реализации свойств КМ от объемной доли порообразований в матричной компоненте По результатам испытаний и по данным зарубежных авторов предлагаются для определения степени реализации обобщенных жесткостных и прочностных свойств пакета слоистого КМ для коэффициентов реализации прочностных и жесткостных свойств материала с дефектами внутренней структуры вида «порообразование» следующие зависимости:

где - объемная доля порообразований в матричной структуре (%).

Возможности компьютерной томографии для контроля состояния внутренней структуры композитного изделия и определения степени пористости представлены на рис. 15, а также в приложении Б.

Рис. 15.Определение количественных параметров плотности материала подкрепленной панели с помощью томографа ВТ-600ХА Для изготовленной из углепластика на эпоксидном связующем подкрепленной трехстрингерной панели проводилось определение пористости структуры, что позволяло определить качество и совершенство технологического процесса изготовления. По результатам томографического НК, проводимого по образцу из пиролитического графита плотностью 2,20 г/см3, определена средняя плотность материала, составляющая 1,51г/см3, в то же время среднее квадратичное отклонение (СКО) плотности в стрингерах представлено в табл. 7.

Диапазон плотностей в местах сопряжения, г/см Результаты томографии подкрепленной трехстрингерной панели, представленные в виде 2D-среза по сечению, показаны на рис.16.

Рис.16.Срез сечения подкрепленной панели из КМ На рис.17 показано томографическое изображение зоны перехода "стрингер-обшивка" центрального стрингера.

Рис.17.2D-срез зоны с микрорасслоениями. Толщина расслоений в области перехода 0,1мм при длине 1-4,5мм. Томограф ВТ-600ХА Как видно из данной иллюстрации, в области перехода монослоёв с обшивки на стрингер имеются локальные зоны микрорасслоений, что может быть обусловлено недостаточным давлением формования. В то же время данное изделие из КМ имеет качественное заполнение зоны под стрингером жгутом из однонаправленного материала, что хорошо заметно на рис. 16.

Для интегральных конструкций, изготовленных за один технологический переход (технологии RTM, RFI и др.), качество технологического процесса оказывает большое значение на итоговые свойства изделия. В частности, для конструкций, имеющих переходы, аналогичные представленной подкрепленной трехстрингерной панели, необходимо соблюдение требуемого значения давления формования, заполнения образующейся полости жгутом профилированного или круглого сечения. Применение томографии позволяет оценить качество изготовленных изделий до начала их эксплуатации, что дает возможность снизить эксплуатационные риски. На рис. 18-19 представлены результаты томографическогоНК конструкций из КМ.

Рис. 18.Вид внутренней структуры КМ зоны «стрингер-обшивка». СКО Рис.19. Томограмма сегмента сечения конструкции из КМ в виде кессона прототипа лопасти вертолета. СКО плотности в области верхней и нижней переходных зон составляет 16,8% и 20,4% соответственно Как видно из представленных иллюстраций, конструкция на рис.17 имеет достаточно высокое качество изготовления, в то время как на рис.18 заметны значительные дефекты внутренней структуры изделия из КМ, что свидетельствует о несовершенстве технологического процесса формования и резком снижении прочностных характеристик образца.

3.2. НК технологических, элементарных и конструктивно-подобных Сложная и неоднородная на микро- и макроуровне структура КМ, а также большой выбор технологических процессов изготовления изделий из КМ приводят к некоторому разбросу значений физико-механических характеристик готового материала. В процессе эксплуатации конструкция из КМ подвергается воздействию статических и динамических нагрузок, высокой относительной влажности, перепадов температурного режима, в том числе переходов через точку росы и точку замерзания воды. Действие внешних факторов может привести к ухудшению физико-механических характеристик КМ, что необходимо учитывать введением соответствующих коэффициентов безопасности по деградации свойств пластика.

Применение КРТ для проведения НК внутренней структуры элементарных образцов из КМ Элементарные образцы из КМ используются для определения характеристик готового материала по соответствующей выбранной технологии, оценки степени деградации физико-механических свойств КМ при климатическом воздействии. Нормативная база для проведения испытаний образцов волокнистых КМ на полимерных матрицах определена в соответствующих ГОСТах и зарубежных аналогах – напримерASTM.

При испытании элементарных образцов при нормальных условиях определяют значение следующих механических характеристик КМ:



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 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.