L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Способ оптического контроля безопасности эксплуатации конструкций из полимерных и металлополимерных композитных материалов
| Название | Способ оптического контроля безопасности эксплуатации конструкций из полимерных и металлополимерных композитных материалов |
|---|---|
| Разработчик (Авторы) | Будадин Олег Николаевич, Федотов Михаил Юрьевич, Шелемба Иван Сергеевич |
| Вид объекта патентного права | Изобретение |
| Регистрационный номер | 2775454 |
| Дата регистрации | 01.07.2022 |
| Правообладатель | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) |
| Область применения (класс МПК) | G01N 25/72 (2006.01) |
Описание изобретения
Изобретение относится к области измерительной техники. Способ оптического контроля безопасности эксплуатации конструкций из полимерных и металлополимерных композитных материалов включает использование оптоволоконной линии, которая содержит волоконные брэгговские решетки и выполнена в защитном акрилатном покрытии, интегрирование оптоволоконных линий на стадии изготовления в конструкцию из полимерных и металлополимерных композитных материалов, нагружение изготовленной конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов с интегрированными оптоволоконными линиями, выбор локальных областей расположения волоконных брэгговских решеток в конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов для проведения измерений механической деформации, измерение механической деформации в локальных областях интегрирования волоконных брэгговских решеток во всем диапазоне нагружения конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов, сравнение величин измеренных механических деформаций с предельно допустимой величиной, формирование заключения о безопасности эксплуатации конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов, согласно изобретению дополнительно выполняют следующие действия, а именно перед интегрированием оптоволоконной линии в конструкцию из полимерных и металлополимерных композитных материалов оптоволоконную линию погружают в раствор полисульфона марки ПСФФ-30 в диметилформамиде и выдерживают при температуре в диапазоне 20-30 °С в течение 7-8 ч, затем вынимают и просушивают на воздухе в течение 5-7 мин, а оптоволоконные линии интегрируют в конструкцию из полимерных и металлополимерных композитных материалов между слоями армирующего наполнителя в направлении армирования хотя бы одного из слоев армирующего наполнителя, при этом направление армирования второго слоя армирующего наполнителя не должно отличаться более чем на 45° от первого. Технический результат - повышение качества и достоверности обнаружения локальных участков пониженной прочности конструкций из полимерных и металлополимерных композитных материалов, повышение достоверности диагностики технического состояния сложных конструкций. 6 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных пространственных конструкций из композитных материалов (КМ), в том числе с металлическими слоями, на основе результатов контроля величины деформации при их нагружении статической или динамической нагрузкой.
Изобретение может быть использовано для контроля надежности сложных пространственных многослойных конструкций из КМ как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации: пространственных сетчатых конструкций: отсеков космических аппаратов, ракетных двигателей, трубопроводов, герметичных сосудов и т.п.
В заявляемом техническом решении используется следующая терминология:
КМ - композитные материалы;
ВБР - волоконные брэгтовские решетки;
ВОД - волоконно-оптический датчик;
ТГА - термогравиметрический анализ;
ПКМ - полимерные композитные материалы;
ВС - волоконный световод.
Перспективным направлением в современной технике является использование композитных материалов, в т.ч. полимерных композиционных материалов, обладающих рядом преимуществ перед традиционными материалами - металлами, особенно в авиакосмических отраслях техники, машиностроении, энергетики и др. Такие материалы требуют особого подхода, новых решений при разработке и создании методов и средств оценки надежности их эксплуатации. Это вызвано большим разнообразием видов таких материалов, специфическими особенностями конструкций из них и технологией изготовления, и случайным изменением физико-механических и прочностных характеристик, большим разнообразием типов дефектов, возникающих в процессе изготовления.
Кроме того, эти материалы в большинстве отраслей промышленности работают в условиях статических и динамических нагрузок.
Повысить качество конструкций невозможно без достоверной оценки их надежности. Соответственно невозможна разработка мероприятий и технологий по повышению надежности конструкций. Одним из признаков надежности конструкций является величина деформации конструкции по всему пакету материала при ее нагружении и отсутствие (или) наличие концентраторов напряжений, которые, как правило, образуются в местах пониженной прочности, либо в материале, имеющем нарушения сплошности.
Учитывая, что такие конструкции являются, как правило, достаточно дорогими, как в стоимостном выражении, так и в трудоемкости изготовления, необходимо с одной стороны каждую конструкцию подвергать испытанию на предмет соответствия ее надежности требуемой, а с другой стороны, эти испытания должны минимально «травмировать» конструкцию при максимальной информативности результатов испытаний.
Износ основных фондов и технического оборудования, снижение качества материала и другие подобные причины приводит к снижению надежности эксплуатации конструкций из КМ.
Например, усталость КМ, особенности технологии их изготовления и т.п. приводят к изменению деформационных характеристик как наружного слоя, так и внутренних слоев, возникновению остаточных внутренних напряжений, которые вызывают нарушение сплошности и, в конечном итоге, приводят к разрушению материала и конструкции. Это явление широко описано в литературе. В последнее время принят ряд программ, направленных на исправление ситуации: модернизация производств, повышение качества материалов и др. Однако полное решение данных задач в настоящее время затруднено, в том числе по финансовым причинам.
В этой связи большое значение приобретают неразрушающие методы контроля и диагностики таких конструкций. Особенно актуальны и востребованы методы контроля, позволяющие оценивать состояние конструкции в процессе их испытаний и в условиях реальной эксплуатации. К таким методам в том числе, получающим в настоящее время все большее распространение и развитие вследствие свой универсальности, наглядности получаемых результатов, простоты технической реализации и др. причин являются оптические методы на основе волоконных брэгговских решеток (ВБР). Они позволяют объективно определять фактическое состояние конструкции, оценить надежность их эксплуатации, не доводя их до разрушения, и дать рекомендации по ее ремонту или восстановлению. Кроме того, методы должны позволять контролировать качество конструкции, как в процессе ее изготовления в условиях производства, так и в процессе эксплуатации, где на конструкцию действуют реальные силовые нагрузки.............
Данное изобретение может быть использовано в конструкциях из полимерных композиционных материалов, изготавливаемых методом намотки, в которых невозможно заложить в материал достаточно большие по размеру датчики состояния, вследствие нарушения прочностных характеристик конструкции.
Формула изобретения
Способ оптического контроля безопасности эксплуатации конструкций из полимерных и металлополимерных композитных материалов, включающий использование оптоволоконной линии, которая содержит волоконные брэгговские решетки и выполнена в защитном акрилатном покрытии, интегрирование оптоволоконных линий на стадии изготовления в конструкцию из полимерных и металлополимерных композитных материалов, нагружение изготовленной конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов с интегрированными оптоволоконными линиями, выбор локальных областей расположения волоконных брэгговских решеток в конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов для проведения измерений механической деформации, измерение механической деформации в локальных областях интегрирования волоконных брэгговских решеток во всем диапазоне нагружения конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов, сравнение величин измеренных механических деформаций с предельно допустимой величиной, формирование заключения о безопасности эксплуатации конструкции из полимерных и металлополимерных композитных материалов, отличающийся тем, что дополнительно выполняют следующие действия, а именно перед интегрированием оптоволоконной линии в конструкцию из полимерных и металлополимерных композитных материалов оптоволоконную линию погружают в раствор полисульфона марки ПСФФ-30 в диметилформамиде и выдерживают при температуре в диапазоне 20-30 °С в течение 7-8 ч, затем вынимают и просушивают на воздухе в течение 5-7 мин, а оптоволоконные линии интегрируют в конструкцию из полимерных и металлополимерных композитных материалов между слоями армирующего наполнителя в направлении армирования хотя бы одного из слоев армирующего наполнителя, при этом направление армирования второго слоя армирующего наполнителя не должно отличаться более чем на 45° от первого.
Медаль Альфреда Нобеля