Андрій Степашкін. Фото Сергій Гнусков, НІТУ МІСіС.
Композиційні матеріали стали невід'ємною частиною нашого життя: вони використовуються в авіаційній і космічній техніці, автомобілебудуванні та гірничій промисловості. І з самого початку їх впровадження існує проблема оцінки внутрішніх напружень в конструкції, виготовленої з композиційного матеріалу, як на стадії її виготовлення, так і при використанні.
«Науковці з Центру композиційних матеріалів НІТУ» МІСіС «під керівництвом професора Сергія Калошкіна запропонували безконтактний метод контролю внутрішніх напружень у полімерних композитах, - повідомляє ректор НІТУ» МІСіС «Алевтина Чернікова. - За допомогою нового методу з'явилася можливість набагато ефективніше оцінювати ступінь внутрішніх пошкоджень у процесі експлуатації деталей авіаційної техніки, нафтопроводів, корабельних корпусних корпусних корпусів та проведення».
Чому проблема оцінки критично важлива, розповідає один з авторів роботи, старший науковий співробітник Центру композиційних матеріалів НІТУ «МІСіС» к. т. зв. Андрій Степашкін:
"Є композиційні матеріали, де внутрішня напруга після виготовлення досягає 95% від межі міцності. Тобто, йому ще трохи додати напруги - і він трісне. Наприклад, ряд створених для багаторазового космічного корабля «Буран» композиційних матеріалів, володіючи прекрасною термостійкістю і термопрочністю, через особливості технології їх виготовлення володіли високим рівнем внутрішніх напружень. Це стало величезною проблемою: щоб отримати один виріб з матеріалу "Гравімол" (який використовувався для чорної обшивки корабля), при виготовленні в шлюб йшло п'ятдесят ".
У вуглепластиках, склопластиках, гібридних композиційних матеріалах відразу після виготовлення немає такого рівня внутрішніх напружень. Але вони виникають і накопичуються під дією експлуатаційних навантажень, зовнішнього середовища і погодних факторів, що може призводити до появи пошкоджень у матеріалі і зниження його несучої здатності. Такі зміни впливають на безпеку експлуатації, і їх необхідно своєчасно виявляти.
Методи контролю напружень у композитних конструкціях існують. Але вони незручні, а іноді зовсім неприменимі через невисоку точність прогнозу. Наприклад, неконтактні методи (ультразвукова, акустична дефектоскопія, шерографія) дозволяють виявляти дефекти, що тільки вже з'явилися, і не дають інформації ні про чинні в матеріалі напруги, ні про їх розподіл по тілу конструкції. А прийняті методи оцінки напруженого стану в конструкції є контактними і вимагають підключення до матеріалу за допомогою наклейки різних пленкових датчиків. Так що стадія «до появи дефекту» безконтактними методами практично не охоплена.
Ідея, яка закладена в роботі, полягає у використанні для оцінки напруженого стану в композиційному матеріалі аморфних магнітом'яких мікропроводів діаметром 10-60 мкм. Дроти на стадії виготовлення закладаються між шарами вуглепластику, утворюючи чутливу до напружень сітку.
Напружений стан у матеріалі, що оточує мікропровід, впливає на те, як речовина в дроті реагує на зовнішнє магнітне поле. Відповідно, ці вимірювання можна проводити безконтактно, не потрібно підключення до чутливого елементу, не потрібна його наклейка, оскільки він закладений всередину матеріалу на необхідну глибину на стадії виготовлення. Важливо також те, що можна користуватися всього одним датчиком, на відміну від деяких застосовуваних методів дефектоскопії, для проведення яких необхідно встановити апаратуру по обидва боки деталі, що вивчається. По суті, дана технологія істотно спрощує, прискорює і здешевлює процес оцінки стану композиту, дозволяючи не тільки фіксувати, але і передбачати появу дефектів безконтактним способом.
На даний момент дослідники відпрацювали спосіб впровадження магнітом'яких проводів у композитний матеріал, переконалися, що властивості композиційного матеріалу від цього не погіршуються, а також відпрацювали різні режими вимірювання.
Методику вчених вже на даній стадії оцінили гідно представники космічної та авіаційної галузі, а також розробники композитних матеріалів.
За словами Андрія Степашкіна, тепер дослідникам належить «вийти з лабораторії»: на основі лабораторного приладу розробити «польовий» прототип датчика і вимірювальної системи.
"Ми зробили тільки перший крок великого шляху, але вже бачимо конкретне практичне застосування нашої розробки. До того ж, у неї є і додаткові можливості: впроваджувана в матеріал сітка з мікропроводів може забезпечувати додатково стік статичного заряду, що виникає в конструкціях зі склопластиків. Наші дроти цілком можуть замінити металеві сітки, які вставляються в ці матеріали зараз ".
Матеріал про дослідження опубліковано в Journal of Alloys and Compounds.
