В ПНИПУ усовершенствовали метод отслеживания деформации композитов

Разработанная методика позволяет инженерам видеть не только общую деформацию детали, но и процесс зарождения трещин в самых опасных местах

Для отслеживания деформации композитов широко распространен оптический бесконтактный способ, когда на поверхность образца наносят хаотичный контрастный рисунок из мельчайших черных точек на белом фоне. Две высокоточные видеокамеры непрерывно снимают этот узор в процессе испытания, а специальное ПО сравнивает каждое последующее изображение с предыдущим. В результате получается полноценная карта деформаций, где можно увидеть любые смещения.

Однако, оптический метод несовершенен. Во многих композитных деталях есть отверстия под крепежные болты, и именно вокруг них чаще всего появляются трещины. Но края этих отверстий создают на снимках оптические искажения, и программа ошибается, завышая деформации на 10–12 процентов.

Ученые Пермского Политеха доработали метод корреляции цифровых изображений применительно к циклическим испытаниям композитов. Для борьбы с искажениями от отверстий они стали заполнять их специальным клеем-расплавом и перенастроили программу таким образом, чтобы она не учитывала зону самого отверстия, но при этом точно рассчитывала деформации прямо у его кромки — там, где чаще всего зарождаются трещины. В результате погрешность измерений в этой критической области снизилась с 10–12 процентов до долей процента.

Кроме того, ученые определили оптимальную настройку чувствительности программы. В отличие от металла, композит — это слоеная структура из волокон и смолы. Если шаг расчета слишком большой, мелкие трещины между слоями становятся невидны. Исследователи подобрали такой шаг, при котором программа фиксирует даже самые ранние микротрещины.

Метод уже опробовали на углепластиковых образцах. Испытания проводили двух видов — статические и циклические. Образцы были двух типов: гладкие пластины (например, из таких делают обшивку фюзеляжа самолета) и пластины с отверстием диаметром 4 миллиметра (как в местах креплений — там, где детали соединяют болтами). Эксперименты подтвердили, что новая методика впервые позволяет точно измерять деформации прямо у края отверстия — в самом опасном месте, где обычно начинается разрушение.

В итоге разработанная методика позволяет инженерам видеть не только общую деформацию детали, но и процесс зарождения трещин в самых опасных местах — у отверстий и между слоями. Это критично для авиации и космоса, где от прочности деталей зависит безопасность людей. Кроме того, теперь при проектировании можно не закладывать лишний запас прочности. А значит, детали становятся легче, экономится материал, тратится меньше топлива (особенно в самолетах и ракетах), и в итоге производство и эксплуатация обходятся дешевле.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Inorganic Materials.

Pstu.ru.
Фото: пресс-служба ПНИПУ.