Экспериментальное исследование влияния дефектов на прочность композитных панелей методами корреляции цифровых изображений и инфракрасной термографии
Автор: Лобанов Д.С., Вильдеман В.Э., Спаскова Е.М., Чихачев А.И.
Статья в выпуске: 4, 2015 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена экспериментальному исследованию влияния дефектов на остаточную прочность конструкций из композиционных материалов, а также возможности применения локальных ремонтно-восстановительных операций. Объектами исследования являются конструктивно-подобные элементы, образцы звукопоглощающих панелей (панели ЗПК) с искусственно нанесенным дефектом типа сквозного пробоя, после локального ремонта. Образцы-панели изготовлены из серийных материалов по серийной технологии из препрега стеклотекстолита. Исследования проводились на универсальной электромеханической системе Instron 5982 и сервогидравлической Instron 8801. Для анализа напряженно-деформированного состояния деформируемых элементов в работе используется бесконтактная трехмерная цифровая оптическая система Vic-3D, математический аппарат которой основан на методе корреляции цифровых изображений (DIC). Для контроля внутренней геометрии образца и оценки возможных дефектов осуществлялась тепловая дефектоскопия с помощью инфракрасной тепловизионной системы FLIR SC7000. Предложены методики совместного использования испытательных и измерительных систем при проведении статических и циклических испытаний. Механические испытания для сравнения проведены на образцах панелей ЗПК при статическом растяжении и при статическом растяжении с предварительным циклическим нагружением с регистрацией полей деформаций и термограмм. С целью анализа механизмов разрушения образца-панели в работе представлены диаграммы, построенные в процессе испытаний на статическое растяжение. По полученным экспериментальным данным с видеосистемы исследована эволюция неоднородных полей продольных и поперечных деформаций на поверхности образцов-панелей с залеченным дефектом при статическом нагружении, а также при циклических испытаниях. С помощью инфракрасной тепловизионной системы регистрировались внутренняя структура, процессы развития дефектов, а также распределение температур на поверхности испытываемого образца.
Экспериментальная механика, композиционные материалы, методики испытаний, метод корреляции цифровых изображений, инфракрасная тепловизионная система, оценка работоспособности, панели зпк, локальный ремонт волокнистых композитов, циклические испытания, испытания на растяжение
Короткий адрес: https://sciup.org/146211581
IDR: 146211581 | DOI: 10.15593/perm.mech/2015.4.10
Список литературы Экспериментальное исследование влияния дефектов на прочность композитных панелей методами корреляции цифровых изображений и инфракрасной термографии
- Технологии и задачи механики композиционных материалов для создания лопатки спрямляющего аппарата авиационного двигателя/А.Н. Аношкин, В.Ю. Зуйко, Г.С. Шипунов, А.А. Третьяков//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2014. -№ 4. -С. 5-44.
- Оценка эффективности ремонта в конструкциях из полимерных волокнистых композиционных материалов/А.Н. Аношкин, В.Э. Вильдеман, Д.С. Лобанов, А.И. Чихачев//Механика композитных материалов -2014. -№ 3. -С. 441-450.
- Вильдеман В.Э., Третьякова Т.В., Лобанов Д.С. Учет жесткости нагружающей системы при испытании полунатурных образцов крупноячеистого композиционного материала//Вестник Пермского государственного технического университета. Механика. -2012. -№ 2. -С. 34-49.
- Зуйко В.Ю., Лобанов Д.С., Аношкин А.Н. Методики определения предела прочности полунатурных образцов-панелей из композиционных материалов при статических испытаниях на растяжение, сжатие и сдвиг//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. -2012. -№ 2. -С. 99-111.
- Экспериментальное исследование влияния внешних воздействующих факторов и эксплуатационных загрязнений на работоспособность полимерных волокнистых композиционных материалов/Д.С. Лобанов, В.Э. Вильдеман, А.Д. Бабин, М.А. Гринев//Механика композитных материалов. -2015. -Т. 51, № 1. -С. 97-108.
- Theoretical analysis, infared and structural investigation of energy dissipation in metals under quasi-static and cyclic loading/O. Plekhov, N. Saintier, T. Palin-Luc, S. Uvarov, O. Naimark//Materials Science and Engineering A. -2007. -Vol. 462. -No. 1. -P. 367-370.
- Fatigue crack initiation detection by an infrared thermography method/D. Wagner, N. Ranc, C. Bathias, P.C. Paris//Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. -2010. -Vol. 33. -Iss. 1. -P. 12-21.
- Плехов О.А. Экспериментальное исследование термодинамики пластического деформирования методом инфракрасной термографии//Журнал технической физики. -2011. -Т. 81, № 2. -С. 144-146.
- La Rosa G., Risitano A. Thermographic methodology for rapid determination of the fatigue limit of materials and mechanical components//International Journal of Fatigue. -2000. -Vol. 22. -Iss. 1. -P. 65-73.
- Rapid determination of the fatigue curve by the thermographic method/G. Fargione, A. Geraci, G. La Rosa, A. Risitano//International Journal of Fatigue. -2002. -Vol. 24. -Iss. 1. -P. 11-19.
- Emery T.R., Dulieu-Barton J.M., Thermoelastic Stress Analysis of damage mechanisms in composite materials, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. -2010. -Vol. 41. -P. 1729-1742.
- Libonati F., Vergani L., Damage assessment of composite materials by means of thermographic analyses//Composites Part B: Engineering. -2013. -Vol. 50. -P. 82-90.
- Montesano J., Fawaz Z., Bougherara H. Use of infrared thermography to investigate the fatigue behavior of a carbon fiber reinforced polymer composite//Composite Structures. -2013. -Vol. 97. -P. 76-83.
- Исследование деформации и разрушения по данным акустической эмиссии, корреляции цифровых изображений и тензометрии/С.В. Панин, А.В. Бяков, П.С. Любутин, О.В. Башков, В.В. Гренке, И.В. Шакиров, С.А. Хижняк//Заводская лаборатория. Диагностика материалов. -2011. -Т. 77, № 9. -С. 50-59.
- Многомасштабный метод анализа деформации металлических сплава и углерод-углеродных композиционных материалов по данным тензометрии, картирования деформации на поверхности и акустоэмиссии/В.Е. Панин, С.В. Панин, А.В. Бяков, М.В. Бурков, П.С. Любутин//Контроль. Диагностика. -2011. -№ 11. -С. 56-62.
- Dattoma, V., Giancane, S. Evaluation of energy of fatigue damage into GFRC through digital image correlation and thermography//Composites Part B: Engineering. -2013. -Vol. 47. -P. 283-289.
- Comparison of infrared and 3D digital image correlation techniques applied for mechanical testing of materials/L. Krstulović-Opara, M. Surjak, M. Vesenjak, Z. Tonković, J. Kodvanj, Ž. Domazet//Infrared Physics and Technology. -2015. -Vol. 73. -P. 166-174.
- Wildemann V.E., Spaskova E.V., Shilova A.I. Research of the Damage and Failure Processes of Composite Materials Based on Acoustic Emission Monitoring and Method of Digital Image Correlation//Solid State Phenomena. -2016. -Vol. 243. -P. 163-170.
- Панин В.Ф., Гладков Ю.А. Конструкции с заполнителем: справочник. -М.: Машиностроение, 1991. -272 с.
- Тарнопольский Ю.М., Кинцис Т.Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. -М.: Химия, 1981. -272 с.
- Research of the effectiveness of mechanical testing methods with analysis of features of destructions and temperature effects/A.V. Babushkin, D.S. Lobanov, A.V. Kozlova, I.D. Morev//Frattura ed Integrita Strutturale. -2013. -Vol. 24. -Р. 89-95.
- Sutton M.A., Orteu J.-J., Schreier H. Image Correlation for Shape, Motion and Deformation Measurements. -USA, Columbia, University of South Carolina, SC, 2009. -364 p.
- Третьякова Т.В. Особенности использования программного обеспечения Vic-3D, реализующего метод корреляции цифровых изображений, в приложении к исследованию полей неупругих деформаций//Вычислительная механика сплошных сред. -2014. -Т. 7, № 2. -С. 162-171.
- Нихамкин М.Ш., Воронов Л.В., Болотов Б.П. Экспериментальное определение полей динамических деформаций в металлических и композитных пластинах при ударе//Вестник ПНИПУ. Механика. -2015. -№ 2. -С. 103-115. DOI: DOI: 10.15593/perm.mech/2015.2.06
