Автореферат (Разработка технологий неразрушающего контроля монолитных конструкций из углепластика с использованием ультразвуковых антенных решеток)

На правах рукописиУДК 620.192.63Бойчук Александр СергеевичРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯМОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ УГЛЕПЛАСТИКАС ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОКСпециальность 05.02.11 – Методы контроля и диагностика в машиностроенииАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работа выполнена в федеральном государственном унитарном предприятии«Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов»государственный научный центр Российской Федерации(ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ)Научный руководитель:кандидат технических наукСТЕПАНОВ Александр ВячеславовичОфициальные оппоненты: доктор технических наук (05.02.11)ВОПИЛКИН Алексей Харитонович,НПЦ «Эхо+», генеральный директоркандидат технических наук (05.02.11)ГРИГОРЬЕВ Михаил Владимирович,ФГАУ «НУЦ «Сварка и контроль» при МГТУим.Н.Э.Баумана», заместитель директораВедущая организация:НИУ «МЭИ» (г. Москва)Защита состоится «02» марта 2017 года в 16:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.141.01 при Московском государственном техническом университете имени Н.Э.

Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации,просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета по указанному адресу.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана и насайте http://www.bmstu.ruТелефон для справок: (499) 267-09-63Автореферат разослан «___» ____________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного советадоктор технических наук, доцентА.В. КоноваловОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальностьВ настоящее время в авиационной промышленности в монолитныхконструкцияхсовременныхгражданскихивоенныхсамолетов,изготавливаемых из полимерных композиционных материалов (ПКМ), широкоприменяютсяуглепластики. Для обеспечения контроля качестваизготавливаемых монолитных конструкций из углепластика служатнеразрушающие методы контроля.С каждым годом количество и сложность изготавливаемых изуглепластиков монолитных конструкций, применяемых в современныхсамолетах, увеличивается.

В связис чем, существующие технологиинеразрушающего контроля монолитных конструкций из углепластика уже необеспечивают требуемую производительность и выявляемость таких наиболееопасных производственных дефектов, как расслоения, посторонние включенияи пористость, а также эксплуатационных – ударных повреждений и отслоений.Кроме того, наиболее перспективные методы ультразвуковойдефектоскопии, использующие технику антенных решеток (АР), не обеспеченыв Российской Федерации (особенно в авиации) нормативно-техническойдокументацией по неразрушающему контролю монолитных конструкций изуглепластика. Этому в свою очередь препятствует отсутствие знаний пораспространению ультразвуковых волн в углепластике при различных углах ихввода в объект контроля, а также по особенностям контроля монолитныхконструкций из углепластика сложной формы с использованием техники АР.Цель работы – повышение качества неразрушающего контролямонолитных деталей и конструкций из углепластика за счет созданиятехнологии ультразвукового контроля с использованием техники антенныхрешеток.Задачи исследований:1.

Проведение анализа существующих методов контроля монолитныхдеталей и конструкций из углепластика.2.Проведениеисследованийособенностейраспространенияультразвуковых волн в монолитных конструкциях из углепластика и выбороптимальных типов волн для надежного выявления дефектов.3. Выбор оптимальных параметров контроля монолитных деталей иконструкций из углепластика при использовании техники ультразвуковых АР.4.

Создание акустического контакта между АР и криволинейнойповерхностью монолитных интегральных конструкций из углепластика.5. Разработка и внедрение технологий по неразрушающему контролюдеталей и конструкций из углепластика с использованием техникиультразвуковых АР.6. Разработка алгоритма и его реализация при проведении оценкивероятности обнаружения дефектов в монолитных деталях и конструкциях из1углепластика по предложенной технологии неразрушающего контроля сприменением техники ультразвуковых АР.Методы исследованияДля решения поставленных задач использовались методы математическогои статистического анализа с применениемпрограммы MathCad испециализированного программного обеспечения TomoView.

Для полученияэкспериментальных данных использовались поверенные средства измерения,дефектоскопы OmniScan MX и А-1550 «InrtoVisor», а также метрологическиаттестованные контрольные образцы из углепластика.Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:1. Изучены особенности распространения продольных и поперечныхультразвуковых волн в углепластике и показано, что наиболее эффективнымявляется использование продольной волны с углом ввода не более 10˚.2. Установлено, что при контроле антенными решетками монолитныхдеталей и конструкций из углепластика с криволинейной поверхностьюиспользование традиционных призм из полистирола или оргстекла приводит кошибкам интерпретации результатов контроля.

Для корректного измеренияамплитуд эхо-сигналов от дефектов и донной поверхности объекта контроля вкачестве контактной среды необходимо использовать аквален иликомбинированную контактную среду, состоящую из воды и аквалена.Практическая значимость диссертационной работы:1.ПредложенныетехнологииконтролявнедренынафилиалеПАО «Компания «Сухой» «ОКБ Сухого» при неразрушающем контроледеталей и конструкций из ПКМ, применяемых в воздушных судах.2. Разработана методика для оценки вероятности обнаружения дефектов отих размеров в монолитных деталях и конструкциях из углепластика приультразвуковом эхо-импульсного неразрушающем контроле с использованиемантенных решеток и одноэлементных пьезоэлектрических преобразователей.3.

Результаты диссертационной работы были использованы в учебномпроцессе при проведении стажировки специалистов авиакосмической отраслипромышленности в рамках реализации Президентской программы повышенияквалификации инженерных кадров на 2012-2014 годы по теме «Современныекомпозиционные материалы для авиационной техники, технологии ихполучения, методы исследований и испытаний». Также результатыдиссертационной работы рекомендованы к внедрению на предприятияхАО «АэроКомпозит», ПАО «Корпорация «Иркут» и других авиастроительныхпредприятиях.На защиту выносятся:1. Границы применимости наклонного вода ультразвуковых волн приконтроле монолитных деталей и конструкций из углепластика ультразвуковымэхо-импульсным методом.22.

Влияние схемы укладки слоев препрега углепластика нараспространение ультразвуковых колебаний при их нормальном вводе.3. Создание акустического контакта при неразрушающем контролеинтегральных монолитных конструкций из углепластика.Апробация работыОсновные положения работы докладывались и обсуждались на следующихконференциях, семинарах, симпозиумах:- 10-ой Европейской конференции по неразрушающему контролю«ECNDT 2010». Москва, 2010;- 17-ой, 18-ой, 19-ой и 20-ой Международных научно-техническихконференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника иэнергетика». Москва, 2011-2014;19-ойВсероссийскойнаучно-техническойконференциипонеразрушающему контролю и технической диагностике.

Самара, 2011;- 19-ой и 20-ой Международных конференциях «Современные методы исредства неразрушающего контроля и технической диагностики». Гурзуф,2011;- научно-техническом семинаре «Исследование физико-химическихсвойств полимерных композиционных материалов». ВИАМ, Москва, 2011 г.;- международной научно-технической конференции «Новые материалы итехнологии глубокой переработки сырья – основа инновационного развитияэкономики России». Москва, 2012;- международной молодежной конференции «Новые материалы итехнологии глубокой переработки сырья - основа инновационного развитияэкономики России».

Геленджик, 2012;- всероссийской конференции по испытаниям и исследованиям свойствматериалов «ТестМат-2012». Москва, 2012;- 12-ой Международной конференции по неразрушающему контролю«Application of Contemporary Non-Destructive Testing in Engineering». Порторож,2013.Публикации по теме диссертацииПо теме диссертации опубликовано 6 научных работ, из которых 5 работопубликовано в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, общим объемом1,3 п.л.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и результатовработы, литературы из 126 наименований и приложения. Общий объемсоставляет 202 с., 79 рисунков и 6 таблиц.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобосновываетсядиссертационной работы.актуальностьвыбраннойтемы3В первой главе проведен анализ типов ответственных деталей иконструкций из ПКМ, в частности монолитных конструкций из углепластика,технологий их производства,характерных дефектов, а также анализсуществующих методов их неразрушающего контроля.

В результате анализаустановлено:ПКМ широко используются в средне- и высоконагруженных агрегатахсамолетов, таких как обтекатели, предкрылки, закрылки, кессон крыла,стабилизатор и крыло. В процессе производства и эксплуатации монолитных деталей иконструкций из ПКМ, в особенности из углепластика, возникают различногорода дефекты, которые влияют на технические и эксплуатационныехарактеристики готового изделия. Наиболее опасными производственнымидефектами монолитных ПКМ являются: пористость, расслоения, посторонниевключения.