Диссертация (Изменение несущей способности авиационных конструкций из композиционных материалов в зависимости от силового воздействия), страница 5

Возможноразличное исполнение ультразвуковых дефектоскопов – мобильные (Рис 11),на автоматизированной платформе или лабораторные. Автоматизированныесистемыобладаютвозможностьюдостаточноавтоматическоговысокойскоростьюопределенияисследованиянедопустимыхсдефектов.Лабораторные ультразвуковые установки обладают низкой скоростьюисследования, одновременно с этим обеспечивая высокое разрешениеитогового изображения [49].Рис. 11.

Мобильный ультразвуковой дефектоскопПринцип проведения контроля при помощи ультразвукового эхоимпульсного метода основан на том, что излучатель посылает в изделиеультразвуковые импульсы. При встрече с преградой, например, с дефектомили обратной (донной) поверхностью, часть энергии ультразвуковой волныотражается и возвращается обратно к излучателю. Приёмник ультразвуковыхколебаний преобразует прошедшие через изделие ультразвуковые колебанияв электрические, которые поступают на экран – основной индикатордефектоскопа. В результате сканирования выводится информация опрохождении сигнала (А-скан) и цветовые изображения о состоянииструктуры в различных плоскостях (B, C и D-сканы) (рис.

12) [79]33Рис. 12. Результаты ультразвукового контроля пластиныНедостатком ультразвукового метода исследования является быстроезатухание сигнала и не проходимость излучения через воздушныевключения.Методы спектральной интерфометрии (рис. 13) построены на основеизмерения и анализа поверхностных деформаций. Типичными видаминагруженияявляютсятепловоеиливакуумноенагружение.Послевоздействия нагрузки и создания НДС поверхность объекта засвечиваютизлучением, отражающимся на CCD-камеру, оснащенной «сдвигающейоптикой», которая проецирует изображение на камеру дважды.

Такаясистема позволяет проводить поиск подповерхностных дефектов, если онивлияют на деформационное поведение. За счет применения нагрузкинебольшой интенсивности данный метод не меняет структуру материала ипозволяет контролировать определённую зону объекта. Подбор типа идлительности нагружения производят экспериментально, с последующейоптимизацией для конкретной конструкции. Как и для большинства методовНК предварительными работами при серийной эксплуатации данной системыявляетсяформированиебазыданныхстиповымидефектами,чтозначительно повышает эффективность определения конкретного дефекта.34Данная база может быть сформирована на образцах с заложеннымидефектами.

К недостаткам данного метода стоит отнести невысокую глубинуисследования материала, при этом метод может выполняться как в ручном(мобильном) варианте, так и использоваться для автоматизированногоконтроля [15, 42].Аналогичныйпринципработыутермографии,прикоторойпроизводится измерение и анализ равномерности нагрева конструкции [86].Рис.

13. Принцип работы интерферометрических методов контроляНаибольший интерес в области дефектоскопии композиционныхконструкций лежит в области конструкционного (встроенного) контроля.Диагностический контроль состояния конструкционных элементов (structuralhealth monitoring, SHM) [16] — данная технология позволяет контролироватьвесь жизненный цикл изделия из ПКМ, начиная с процесса отверждения.Процедура постоянного контроля состояния материала конструкции входит всостав «интеллектуальных конструкций», которые должны в перспективеуметь распознавать возникшую ситуацию и сформировать ответную реакциюна нее.

Система SHM выполняет сенсорную функцию (рис. 14), т.е. должнаопределить воздействие и его последствия на конструкцию. Одним извариантовпостроениятакойсистемы35являетсяиспользованиеоптоволоконных линий и датчиков, снимающих информацию о внешнихвоздействиях и действующих нагрузках. Реализация данной технологиинаходится на стадии научно-исследовательских работ, поэтому в даннойработе не рассматривается.Рис.

14. Принцип работы системы непрерывного мониторинга состоянияконструкции [111]Промышленная вычислительная рентгеновская томография –высокоэффективныйметодрадиационногоконтроля,сочетающийвозможности рентгеновского излучения и цифровой техники, позволяющий свысокой точностью получать плоские сечения и объемные изображенияконтролируемых изделий [78].В зависимости от мощности источника излучения томографы могутустанавливатьсявотдельномпомещениисзащитнымистенами(максимальная энергия источника 5 МэВ) или располагаться в общейпроизводственной зоне в виде бокса со свинцовыми стенками (рис. 15).Принцип работы томографа (рис.

16) основан на реконструкции ивизуализации внутренней структуры поперечных сечении объекта контроля36(томограмм) в результате совместной вычислительной обработки теневыхпроекций, полученных при рентгеновском просвечивании объекта контроля вразличных направлениях. Послойный характер исследования и визуализацииобъемнойструктурыисследуемогообъектасвязансиспользуемымупрощающим приемом, сводящим трехмерную задачу неразрушающегоконтроля к серии двумерных томограмм (сечений).

Более детально порядокобработки данных рассмотрен в главе 2.В состав томографа входит ряд ключевых блоков -рабочий стол(обеспечивает фиксацию объекта контроля и его перемещение междуисточникомиприемникомизлучения),источникизлучения(впромышленных томографах в большинстве случаев применяются источникирентгеновского излучения), блок сбора проекционных данных, блокобработки данных и блок визуализации и управления работой томографа.Структурнотомографможноразделитьнасканирующуюсистему,включающую источник излучения, рабочий стол, блок сбора проекционныхданных и вычислительный комплекс, отвечающий за управление, обработкуи предоставление конечных данных пользователю [57].Недостатком метода ВРТ является ограниченные зоны исследования,определяемые рабочей зоной томографа, невысокая скорость сканирования,возможность использования томографа только как стационарной установки,что значительно сужает область его применения.

Разрешающая способностьпри этом зависит от геометрических размеров объекта контроля, плотностиконтролируемого материала и плотности исследуемого материала. Взависимости от типа разрешение может составлять 10-100 нанометров.37АБРис.15. Общий вид вычислительного рентгеновского томографа:А) томограф ВТ-600ХА ООО «Проминтро»,Б) X-50 North Star Imaging, IncРис.16.

Принцип работы томографаВ общем виде метод ВРТ сводится к реконструкции пространственногораспределения линейного коэффициента ослабления μ (х,у) (ЛКО) (рис. 17)рентгеновского излучения при прохождении через объект исследования.Определение уровней ЛКО производится на основе вычислительнойобработки теневых проекций, полученных при просвечивании объекта подразными углами.

Выходными данными при анализе методом ВРТ являетсяцифровой массив, имеющий вид матрицы значений, накладываемой припослойном сканировании на томограмму. Т.е. при получении плоскихтомограмм, значения ЛКО характеризуют структурную плотность материала38[78]. После обработки эта информация, распределенная по томограмме ввиде матрицы значений, пересчитывается в яркостное изображение, котороевыводится на рабочий экран оператора. В дальнейшем, при достаточномшагесканирования,яркостныеизображениямогутобъединятьсявтрехмерное изображение, которое можно использовать как непосредственнодля оценки состояния структуры, так и для реверс-инжиниринга илисравнения с CAD моделью.

(рис. 18)Рис. 17. График распределения линейного коэффициента ослабленияАБВРис. 18. Анализ изделия методом ВРТА – анализ дефектов структуры, Б – получение геометрических размеров, В –определение отклонений геометрии по сравнению с CAD моделью [72]39Термин «структурная плотность» рассматривается в [91] как плотностьматериалабезпор,втожевремяв[73] структурнаяплотностьрассматривается как число структурных узлов в единице пространствакристаллической решетки.

В данной работе термин структурная плотностьбудет характеризовать структуру материала с учетом внутренних дефектовразличного уровня и локальных уплотнений материала. Структурнаяплотность в отличие от традиционного понимания плотности не связана собъемом материала, а характеризует распределение материала в сеченииобъекта контроля.Преимуществом метода ВРТ является высокая чувствительность квнутренним дефектам различного рода, возможность исследовать объект сбольшим объемом материала, высокая разрешающая способность.На основе рассмотрения данных методов наиболее предпочтительнымдля проведения анализа внутренней структуры является вычислительнаярентгеновская томография, позволяющая с высокой точностью проводитьанализ внутренней структуры изделия, получая при этом не толькокачественные, но и количественные результаты.1.4. Выводы по Главе 1Процедура проектирования конструкций из ПКМ носит итерационныйхарактер,связанныйхарактеристик,выборомссовместнымопределениемконструктивно-технологическихпрочностныхрешенийикомпонентов итогового материала.

Одновременно с этим для ПКМхарактерно развитие внутренних повреждений структуры материала наразличных этапах жизненного цикла. Их выявление требует большогообъема затрат на проведение контроля и значительного количестваиспытаний на всех этапах разработки новой конструкции. Наиболее остроданная проблема проявляется при переходе к созданию из ПКМособоответственных конструкций, к которым предъявляются повышенные40требования. В связи с этим возникает необходимость разрабатыватьусовершенствованные методы контроля и испытаний изделий из ПКМ,обеспечивающие необходимой объем информации о эксплуатационных ипрочностных характеристиках разрабатываемой конструкции на раннихэтапах проектирования.Наибольшее количество испытаний для подтверждения решений,влияющих на несущую способность, приходится на элементарные образцы.Полученная на данном этапе информация влияет на весь процесс разработкинового изделия и является основой для определения конструктивнотехнологических параметров и прогнозирования несущей способностипланерасамолета,атакжеопределенияпроцедуртехническогообслуживания, влияющих на экономическую эффективность самолета вцелом.

Это определило выбор элементарных образцов в качестве объектаисследования в данной работе.Среди существующих методов контроля внутренней структуры ПКМможно отметить ультразвуковой контроль, конструкционный и методвычислительной рентгеновской томографии.