Composietmaterialen zijn een integraal onderdeel van de industrie geworden, gebruikt in luchtvaart- en ruimtetechnologieën, evenals autoproductie en mijnbouw. Echter, interne stressbeoordeling met composietmateriaalontwerpen is al lang een uitdaging. Wetenschappers van het NUST MISIS Center of Composite Materials, onder leiding van professor Sergey Kaloshkin, hebben nu een contactloze methode voor interne spanningsregeling in polymeercomposieten voorgesteld. De onderzoekers melden dat het nu mogelijk is om de mate van interne schade tijdens de werking van vliegtuigonderdelen beter in te schatten, oliepijpleidingen, scheepsrompen, en andere industriële en transportfaciliteiten.

Andrey Stepasjkin, Kandidaat Technische Wetenschappen en Senior Research Associate bij het NUST MISIS Center of Composite Materials, bespraken waarom het beoordelingsprobleem zo kritiek is:"Er zijn composietmaterialen waarin de interne spanning 95 procent van de treksterkte bereikt na fabricage. Het zal barsten als we nog een beetje meer druk uitoefenen. Bijvoorbeeld, een aantal composietmaterialen, uitstekende hitte- en thermische weerstand verwerken en gemaakt voor het Buran-ruimtevaartuig, hadden een hoog niveau van interne spanningen vanwege de kenmerken van hun productie. Dit is een enorm probleem geworden. Om een ​​werkend stuk zwarte beplating te krijgen, Er moesten 50 stuks worden weggegooid."

Er is niet zo'n niveau van interne stress in koolstofkunststoffen, glasvezel, of hybride composietmaterialen na productie. In plaats daarvan, spanningen ontstaan ​​en accumuleren onder invloed van bedrijfsbelastingen, de externe omgeving en het weer, wat tot schade aan het materiaal kan leiden en het draagvermogen kan verminderen. Dergelijke wijzigingen zijn van invloed op de operationele veiligheid en moeten tijdig worden geïdentificeerd.

Er zijn methoden om spanningen in composietstructuren te beheersen, maar ze zijn vaak onhandig, en zijn soms niet acceptabel vanwege de nauwkeurigheid van de voorspelling. Bijvoorbeeld, contactloze methoden (ultrasoon, akoestische foutdetectie, shearografie) stellen onderzoekers in staat defecten op te sporen die al zijn opgetreden, en geven geen informatie over de spanning in het materiaal of over hun verdeling door de constructie. De geaccepteerde methoden voor het beoordelen van de spanningstoestand in een raamwerk vereisen allemaal contact en verbinding met het materiaal met behulp van zelfklevende filmsensoren. Daarom is iets detecteren voordat een defect optreedt momenteel onmogelijk met contactloze methoden.

Het idee van dit onderzoek is om amorfe zachtmagnetische circuits met een diameter van 10 tot 60 micron te gebruiken om de spanningstoestand in composietmaterialen te beoordelen. Tijdens de productiefase, tussen de koolstofvezellagen worden draden gelegd, een spanningsgevoelig raster vormen.

De stresstoestand rond de microdraad beïnvloedt hoe de stof reageert op externe magnetische velden. Overeenkomstig, deze metingen kunnen contactloos worden uitgevoerd, een verbinding met het sensorelement, of zelfklevende sensoren - het detectiesysteem is tijdens de productiefase in het materiaal ingebed. Ook is het belangrijk dat onderzoekers maar één sensor hoeven te gebruiken, in tegenstelling tot sommige methoden voor foutdetectie waarbij de apparatuur aan beide zijden moet worden blootgesteld. Deze technologie vereenvoudigt aanzienlijk, versnelt, en vermindert de kosten voor het beoordelen van de staat van composietmaterialen door reparaties gemakkelijker te maken en nauwkeurigere voorspellingen over toekomstige defecten mogelijk te maken, allemaal contactloos.

De onderzoekers hebben uitgezocht hoe ze zachte magnetische draden in het composietmateriaal kunnen brengen en hoe ze ervoor kunnen zorgen dat de eigenschappen van het composietmateriaal hierdoor niet verslechteren. Hetzelfde, ze hebben ook verschillende meetmodi onder de knie. Verschillende vertegenwoordigers van de luchtvaart- en ruimtevaartindustrie, evenals ontwikkelaars van composietmaterialen, hebben deze nieuwe methode geprezen. Volgens Andrey Stepashkin, onderzoekers willen nu een veldprototype ontwikkelen en meetsystemen op basis van laboratoriumapparatuur.

“We hebben de eerste stap gezet van een lange reis. Maar we zien nu al een praktische toepassing van onze ontwikkeling. het heeft meer functies:het microdraadgaas dat in het materiaal wordt geïntroduceerd, kan zorgen voor een extra afvoer van de statische lading die optreedt in glasvezelstructuren. Onze draden zijn heel goed in staat om metalen roosters te vervangen die nu in deze materialen worden gestoken, " hij voegde toe.

Het onderzoekswerk is gepubliceerd in de Dagboek van legeringen en verbindingen .