Физики научились диагностировать дефекты углепластика по звуку
рубрика: наука
Ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) в составе международного коллектива разработали метод акустической эмиссии, позволяющий уловить сигнал начинающейся деламинации (расслоения) композитных материалов. Он может лечь в основу технологии оперативной диагностики повреждения углепластика и других композитов.
Композитные материалы (например, углепластики) — важная часть современных технологий. Как правило, они объединяют слои, обладающие разными свойствами, что позволяет создавать материалы с нужными характеристиками: например, жаропрочные или морозостойкие, а также «самодиагностирующиеся» изделия. Однако основной угрозой для композитов остается деламинация.
Предложенный авторами метод акустической эмиссии фиксирует ультразвуковые импульсы, возникающие при повреждениях, и превращает их в инструмент для точной диагностики материала. Датчики акустической эмиссии позволяют услышать звуки внутри углепластика на частотах, недоступных человеческому уху.
«В ходе эксперимента проводилась серия стандартных тестов на расслоение композита, во время которых датчики акустической эмиссии записывали «последний крик» разрушающегося материала, и с помощью вейвлетов делали его удобным для компьютерного анализа», — рассказал один из авторов исследования, профессор кафедры технической механики ЮУрГУ, доктор технических наук Сергей Сапожников.
После этого поверхность разрушения изучалась под электронным микроскопом. Вся информация подавалась на переработку искусственному интеллекту, который выделил в итоге четыре звуковых шаблона: растрескивание матрицы композита («тихий» сигнал малой амплитуды, соответствующий микротрещинам), отслоение волокна от матрицы, вытягивание волокна (громкий длинный сигнал с высокой частотой) и разрыв волокна (высокочастотные короткие импульсы).
Ученые ввели параметр AEER — скорость накопления акустической энергии на миллиметр увеличения длины трещины. Он показал, что энергия, выделяемая при вытягивании волокон из матрицы, на порядок выше, чем при других типах повреждений. Возникающее при этом трение поддерживает жизнь межслойных «мостиков», которые тормозят рост трещины.
На основе анализа AEER и еще одного параметра — межслойной вязкости (GIC) — исследователи планируют создать технологию оперативной диагностики повреждения углепластика и других композитов.
