Структурно-феноменологическая концепция и акустико-эмиссионная диагностика композитных стрингеров в условиях трехточечного изгиба

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Сущность предлагаемой методологии мониторинга кинетики повреждений деформированного материала заключается в установлении соответствия между микро-, мезо-, макро-повреждениями, и генерируемыми при этом импульсами акустической эмиссии. В процессе нагружения изделия регистрируемые импульсы разделяют на потоки импульсов низкого (Н), среднего (С) и верхнего (В) энергетического уровня, соответствующих энергии разрушения структурных связей. Вычисляя текущие значения парциального содержания импульсов акустической эмиссии в Н, С, В кластерах, генерируемых микро-, мезо-, макро-повреждениями, и сопоставляя их с пороговыми, установленными при его разрушении, определяют текущий уровень несущей способности изделия в процессе нагружения. Рассмотрено применение разработанной методологии для выявления зон развивающихся повреждений и оценки текущего состояния несущей способности стрингеров в режиме нагружения при испытаниях на межслойный сдвиг.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ю. Г. Матвиенко

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН

Author for correspondence.
Email: ygmatvienko@gmail.com
Russian Federation, Москва

И. Е. Васильев

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН

Email: ygmatvienko@gmail.com
Russian Federation, Москва

D. В. Чернов

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН

Email: ygmatvienko@gmail.com
Russian Federation, Москва

A. Г. Калинин

Центральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского

Email: ygmatvienko@gmail.com
Russian Federation, Жуковский

A. В. Панков

Центральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского

Email: ygmatvienko@gmail.com
Russian Federation, Жуковский

References

  1. Makhutov N., Gadenin M., Reznikov D., Nadein V. Risk and industrial safety // Reliability: Theory & Applications. 2022. V. 17. № S3 (66). P. 138.
  2. Лепихин А. М., Морозов Е. М., Махутов Н. А., Лещенко В. В. Возможности оценки вероятностей разрушения и допустимый размеров дефектов элементов конструкций по критериям механики разрушения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 3. С. 41.
  3. Лепихин А. М., Махутов Н. А., Шокин Ю. И., Юрченко А. В. Концепция риск-анализа технических систем с использованием цифровых двойников // Вычислительные технологии. 2020. Т. 25. № 4. С. 99.
  4. Панов А. Н. Риск-ориентированное проектирование в машиностроении // Стандарты и качество. 2021. № 9. С. 106.
  5. Yoshimura S., Kanto Y. Probabilistic facture mechanics for risk-informed activities. Fundamentals and applications. Atomic Energy Research Committee, 2020. 380 p.
  6. Лепихин А. М. Риск-анализ конструкции потенциально опасных объектов на основе вероятностных моделей: Дисс. … докт. техн. наук. Новосибирск: ИТПМ СО РАН, 2000. 318 с.
  7. Махутов Н. А. Безопасность и риски: системные исследования и разработки. Новосибирск: Наука, 2017. 724 с.
  8. Махутов Н. А., Гаденин М. М. Техническая диагностика остаточного ресурса и безопасности / Под общ. ред. В. В. Клюева. М.: Спектр, 2014. 187 с.
  9. Олейников А. И., Кузьмина Т. А. Упруго-прочностные характеристики монослоев in situ в композиционном пакете // Инженерный журнал: наука и инновации. 2020. № 7. С. 4.
  10. López-Alba E., Schmeer S., Díaz F. Energy absorption capacity in natural fiber reinforcement composites structures // J. Materials. 2018. № 11. P. 418.
  11. Yi X.-S., Du S., Zhang L. Composite Materials. Engineering: Fundamentals of Composite Materials. Vol. 1. Singapore: Springer, 2017. 786 p.
  12. Полилов А. Н. Экспериментальная механика композитов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. 375 с.
  13. Lubin G. Handbook of composites. Springer Science & Business Media, 2013. 804 p.
  14. Bessa M. Meso-mechanical model of the structural integrity of advanced composite laminates: Ph. D. Dissertation. Faculty of engineering University of Porto, 2010. 204 p.
  15. Аннин Б. Д., Жигалкин В. М. Поведение материалов в условиях сложного нагружения. Новосибирск: Издательство СО РАН, 1999. 342 с.
  16. Махутов Н. А., Матвиенко Ю. Г., Иванов В. И., Васильев И. Е., Чернов Д. В. Исследование на разрыв армирующих волокон и однонаправленного ламината с применением акустической эмиссии // Приборы и техника эксперимента. 2022. № 2. С. 109.
  17. Матвиенко Ю. Г., Махутов Н. А., Васильев И. Е., Чернов Д. В. Иванов В. И., Елизаров С. В. Оценка остаточной прочности композитных изделий на основе структурно-феноменологической концепции повреждений и акустико-эмиссионной диагностики // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. № 1. С. 69.
  18. Иванов В. И., Барат В. А. Акустико-эмиссионная диагностика. М.: Спектр, 2017. 368 с.
  19. Тарнопольский Ю. М., Кинцис Т. Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. М.: ХИМИЯ, 1981. 270 с.
  20. Test methods for composites A status report, shear test method, U. S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, 1993. С. 30.
  21. Adams D. A. comparison of shear test methods. URL: http://www.compositesworld.com/articles/a-comparison-of-shear-test-methods

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Kinetics of damage di/dΣ in the structure of PCM at the micro- dH, meso- dC and macro- dB levels during the process of increasing the load P in relation to the limit value Pk.

Download (76KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dynamics of the parameters Wi in the H, C, B clusters with an increase in the level j = ε1/εB from 5 to 100% (a), graphs of the change in the bearing capacity BWn and BWs (b), obtained by comparing the current and threshold values ​​of the flow parameters WN and WC during the tensile testing of the PCM sample.

Download (178KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Three-point bending tests of a stringer (a) and the appearance of cracks in the stringer flange caused by shear stresses (b).

Download (146KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Results of AE diagnostics of stringer No. 2, recorded during three stages of three-point bending tests.

Download (297KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Graphs of the average sample values ​​of the parameters Wi in clusters H, C, B and the levels of their scatter ηWi in the interval ±2S (a), used to calculate the bearing capacity of stringers BW and assess its possible error ηBwн (b) with an increase in the ratio j = Рj/РВ from 35 to 100%.

Download (151KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences