Автореферат (1026119), страница 2
Текст из файла (страница 2)
К наиболее опасным эксплуатационным дефектам относятся:ударные повреждения, отслоения, трещины. На сегодняшний день для НК деталей и конструкций из ПКМ в основномиспользуются акустические методы контроля, из которых наибольшееприменениенашлитеневой,эхо-импульсныйсиспользованиемодноэлементныхпьезоэлектрическихпреобразователей(ПЭП),эхоимпульсный с лазерным возбуждением ультразвуковых колебаний,импедансный, реверберационно-сквозной и эхо-импульсный с использованиемультразвуковых антенных решеток. Каждый из перечисленных методовконтроля имеет как свои преимущества, так и недостатки. В частности,использование теневого, эхо-импульсного с применением одноэлементныхПЭП, эхо-импульсного с лазерным возбуждением ультразвуковых колебаний,импедансного, реверберационно-сквозного методов в ручном вариантепозволяет проводить контроль как при производстве деталей и конструкций изПКМ, так и в условиях эксплуатации готового изделия.
Однако в этом случаедостоверность контроля очень низкая из-за высокого влияния человеческогофактораималойинформативностирезультатовконтроля,а2производительность контроля очень низкая (не превышает 2…2,5 м /ч). Такжеотсутствует возможность контроля некоторых зон интегральных конструкций,в частности радиусных зон Т-образного соединения элементов жесткости собшивкой стрингерных панелей. Применение автоматизированных системувеличивает достоверность результатов контроля, но существенно увеличиваетзатраты на приобретаемое оборудование (порядка в 100 и более раз), аиспользование их в условиях эксплуатации и ремонта готового изделияпрактически невозможно. Наиболее перспективным является эхо-импульсныйметод с использованием техники ультразвуковых антенных решеток.Использование данной техники позволяет увеличить надежность контроля,обеспечить доступ в труднодоступные места при контроле объектов сложнойформы, легче интерпретировать результаты контроля,улучшить4энергетические характеристики (отношение «сигнал-шум»), повыситьпроизводительность контроля.В первой главе также проведен литературный обзор по вероятностнойоценке достоверности неразрушающего контроля, по результатам которогоустановлено, что численная оценка вероятности обнаружения дефектов принеразрушающем контроле качества продукции, как завершающий этапразработки методики, является как за рубежом, так и в России обязательнымусловием внедрения новых методик НК ответственных изделий и объектов.Кроме того, данные о вероятности обнаружения/пропуска дефектов различныхразмеров необходимы конструкторам для внедрения современных методоврасчёта ресурса и периодичности технических осмотров изделий авиационнойтехники.В заключение первой главы сформулирована цель и основные задачиработы.Вторая глава посвящена теоретическому и экспериментальномуобоснованию выбора способа ввода ультразвуковых волн в углепластик прииспользовании эхо-импульсного метода контроля.С этой целью проведены исследования особенностей прохожденияультразвуковых волн через углепластик под разными углами относительнонормали к поверхности их ввода в контролируемый материал.
Схемапроведения эксперимента представлена на Рис. 1.Рис. 1. Схема проведения эксперимента по определению изменения амплитудыпрошедшей ультразвуковой волны через углепластик от угла вводаотносительно нормали к поверхностиИсследования проводились на образцах с разными типами укладки слоев ипри прозвучивании вдоль 3-х направлений расположения углеродных волокон вобразцах: вдоль направления расположения волокон слоев укладки «0˚»; вдольнаправления расположения волокон слоев укладки «90˚»; вдоль направления5расположения волокон слоев укладки «+45˚». Результаты исследованийпредставлены на Рис.2а)б)1 – при прозвучивании вдоль расположения волокон слоев укладки «90˚»2 – при прозвучивании вдоль расположения волокон слоев укладки «0˚»3 – при прозвучивании вдоль расположения волокон слоев укладки «45˚»Рис.
2. Зависимость усиления дефектоскопа для прошедшей продольной волныот угла ее ввода для образцов с укладкой слоев препрега по схеме:а) [0˚/90˚];б) [+45°/(+45°; -45°)4/(0°;0°;90°; 0°;0°)9 /(-45°; +45°)4/+45°]В результате было установлено, что при ультразвуковом эхо-импульсномметоде контроля углепластика можно использовать только продольныеобъемные волны с углами ввода в материал объекта контроля (ОК) от 0˚ до 10˚.При углах более 10˚ продольные волны использовать нельзя, т.к. на границахслоев матрица-волокно происходят эффекты переотражения и рассеиванияультразвуковых колебаний, вследствие чего становится невозможным выделитьполезный сигнал на фоне шумов структуры материала.
Также установлено, чтопрохождение колебаний через углепластик под углами более 10˚ сильнозависит и от схемы укладки слоев препрега. Поперечные объемные волны приконтроле углепластиков использовать невозможно, поскольку их вообщеневозможно идентифицировать. Также установлено, что схема укладки слоевпрепрега углепластика в монолитных ПКМ не оказывает существенноговлияния на распространение ультразвуковых колебаний при их нормальномвводе в ОК.6Третья глава посвящена экспериментальным неразрушающимисследованиям специальных образцов из углепластика, подобных типичнымдеталям и конструкциям из ПКМ простой и сложной формы, содержащихискусственные дефекты,имитирующие типичные производственные иэксплуатационные дефекты ПКМ, с использованием ультразвуковых антенныхрешеток.
Исследования проводились на плоских образцах из углепластиковВКУ-17КЭ0,1, КМУ-11Тр, УТ-900 /RТМ-4, образцах 2-х стрингерных панелейиз углепластика ВКУ-17КЭ0,1, и фрагменте закрылка.Экспериментальные исследования проводились с использованиемзарубежного и отечественного дефектоскопов с антенными решетками (АР). Врезультате проведенных неразрушающих исследований плоских образцоввыбраны оптимальные частоты ультразвуковых колебаний для обеспеченияконтроля конструкций из ПКМ толщиной от 2 до 24 мм и минимальныхзначений неконтролируемых мертвых зон (Таблица 1), а также выбраныоптимальные параметры контроля при использовании дефектоскопов с АР(Таблица 2).
Отработаны приемы получения результатов контроля в видедвумерных цветных изображений внутренней структуры материала в реальноммасштабе времени.Таблица 1Тип преобразователя,ЧастотаТолщина объектаконтроля (ОК), ммВеличина«мертвой зоны», ммФАР Olympus, 5 МГц2…100,3…0,5ФАР Olympus, 3,5 МГц10…240,5АР «АКС», 4 МГц2…240,5Одноэлементный ПЭП, 5 МГц2,5…100,5Одноэлементный ПЭП, 2,5 МГц10…170,5…0,7Таблица 2Монолитные детали и конструкции изуглепластика толщиной от 2 мм до 24 мм3,5 МГц…5 МГц - при толщине ОК2…10 мм;Рабочие частоты2,5 МГц…4 МГц - при толщине ОК10…24 ммУглы вводаОт 0˚ до 10˚Глубина фокуса ультразвуковогоHпризмы+2 мм (Hпризмы – толщинапучка (для АР в режиме фазировки) призмы)Длительность зондирующего50 нс – при толщине ОК 2…10 мм;импульса70 нс – при толщине ОК 10…24 ммНаименование объекта контроля7Таблица 2 – ПродолжениеКоличество элементов в активной8группе (для АР в режимефазировки)Границы обзора, град.
(для АР в7-8режиме синтезированной апертуры)Эквивалентна выявлению плоскодонногоЧувствительность контроляотражателя (5мм… 7 мм)10 – для АР в режиме синтезированнойМаксимальная производительность,апертуры;м2/ч22 – для АР в режиме фазировкиПроведены исследования влияния кривизны поверхности интегральныхмонолитных конструкций из углепластика на амплитуду прошедшего сигналачерез границу раздела «антенная решетка – изделие» для различных материаловконтактной среды.
Исследования проводились на двух-стрингерных образцах ифрагменте закрылка из углепластика с переменным радиусом кривизны. Длясоздания акустического контакта между антенной решеткой и изделием свыпуклой поверхность были разработаны специальные оправки из различныхматериалов контактной среды и установлены границы их применимости. Прииспользовании первого типа оправки (Рис. 3а) с фазированной антеннойрешеткой шириной 96 мм (128 элементов) можно контролироватькриволинейные конструкции из ПКМ с радиусом кривизны от 600 мм, прииспользовании второго типа оправки (Рис. 3б) – от 350 мм с обеспечениемстабильного акустического контакта. Для сравнения, при использованиистандартных призм из полистирола минимальный радиус кривизныповерхности контролируемого изделия с выпуклой поверхностью при контролефазированной решеткой с шириной 96 мм составляет не менее 1100 мм.а)б)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
