zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2019-85-6-53-63zldm-1008Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛА: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMATERIALS MECHANICS: STRENGTH, DURABILITY, SAFETYПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ РАННЕЙ ДИАГНОСТИКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ АВИАЦИОННОЙ ПАНЕЛИAPPLICATION OF THE EARLY DAMAGE DIAGNOSTICS TECHNIQUE TO EXAMINATION OF THE AVIATION PANELВасильевИ. Е.Vasil’evI. E.

ul. Bardina 4, Moscow, 119334

vie01@rambler.ruМатвиенкоЮ. Г.MatvienkoYu. G.

ul. Bardina 4, Moscow, 119334

ПанковА. В.PankovA. V.

ul. Zhukovskogo, 1, Zhukovsky, Moscow obl., 140180

КалининА. Г.KalininA. G.

140180, Московская обл., г. Жуковский, ул. Жуковского, 1

ul. Zhukovskogo, 1, Zhukovsky, Moscow obl., 140180

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАНРоссияMechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences (IMASH RAS)Russian FederationЦентральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. ЖуковскогоРоссияProf. N. E. Zhukovsky Central Aero-hydrodynamic Institute (TSAGI)Russian Federation2019100720198565363Copyright © Васильев И.Е., Матвиенко Ю.Г., Панков А.В., Калинин А.Г., 20192019Васильев И.Е., Матвиенко Ю.Г., Панков А.В., Калинин А.Г.Vasil’ev I.E., Matvienko Y.G., Pankov A.V., Kalinin A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1008

Приведены результаты применения разработанной в ИМАШ РАН методики ранней диагностики скрытого повреждения в авиационной панели из композитного материала при стендовых испытаниях на растяжение. Оценены возможности разработанной методики и программного продукта для выявления повреждения на ранней стадии нагружения панели в условиях упругого деформирования материала с применением хрупкого тензопокрытия, трещины в котором регистрировали синхронно с применением высокоскоростной видеокамеры «Видеоспринт» и акустико-эмиссионной системы A-Line 32D. В ходе эксперимента по выявлению подповерхностного дефекта (надреза среднего стрингера) в авиационной панели протестирована разработанная в ИМАШ концепция выявления повреждений на ранней стадии нагружения в условиях упругого деформирования материала конструкции. При этом тестировали не только методику, но и специально разработанное для кластерного анализа и классификации регистрируемых локационных импульсов программное обеспечение (ПО), а также оборудование и ПО для синхронной записи потоков видеоизображений и массивов акустико-эмиссионных (АЭ) данных. Синхронная регистрация потоков видеоизображений и импульсов АЭ позволила точно контролировать процесс трещинообразования в тензопокрытии на этапах эксперимента, а структурно-феноменологический подход при классификации регистрируемых массивов данных АЭ — отслеживать основные тренды накопления повреждений на разных структурных уровнях и идентифицировать источники их излучения. Комплексное использование оксидного тензопокрытия, высокоскоростной видеосъемки, синхронизированной с системой АЭ контроля, дало возможность в процессе мониторинга состояния авиационной панели при уровне нагрузки P =90 кН, составляющей примерно 12 % от предельной, точно диагностировать область подповерхностного дефекта, выявлять распределение наибольших главных деформаций в области трещинообразования хрупкого покрытия, проводить их количественную оценку и идентифицировать основные источники излучения АЭ сигналов.

The results of using early damage diagnostics technique (developed in the Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences (IMASH RAN) for detecting the latent damage of an aviation panel made of composite material upon bench tensile tests are presented. We have assessed the capabilities of the developed technique and software regarding damage detection at the early stage of panel loading in conditions of elastic strain of the material using brittle strain-sensitive coating and simultaneous crack detection in the coating with a high-speed video camera “Video-print” and acoustic emission system “A-Line 32D.” When revealing a subsurface defect (a notch of the middle stringer) of the aviation panel, the general concept of damage detection at the early stage of loading in conditions of elastic behavior of the material was also tested in the course of the experiment, as well as the software specially developed for cluster analysis and classification of detected location pulses along with the equipment and software for simultaneous recording of video data flows and arrays of acoustic emission (AE) data. Synchronous recording of video images and AE pulses ensured precise control of the cracking process in the brittle strain-sensitive coating (tensocoating)at all stages of the experiment, whereas the use of structural-phenomenological approach kept track of the main trends in damage accumulation at different structural levels and identify the sources of their origin when classifying recorded AE data arrays. The combined use of oxide tensocoatings and high-speed video recording synchronized with the AE control system, provide the possibility of definite determination of the subsurface defect, reveal the maximum principal strains in the area of crack formation, quantify them and identify the main sources of AE signals upon monitoring the state of the aviation panel under loading P = 90 kN, which is about 12% of the critical load.

ранняя диагностикаповреждениехрупкое тензопокрытиеакустическая эмиссиявысокоскоростная видеосъемкакомпозитная панельearly diagnosticsdamagebrittle strain-sensitive (tensosensitive) coatingacoustic emissionhigh-speed video recordingcomposite panelReferencesHandbook on experimental mechanics / Edited by. A. S. Kobayashi. — Prentice-Hall: Society for Experimental Mechanics, Inc., 1987. — 1002 p.Handbook on experimental mechanics / Edited by. A. S. Kobayashi. — Prentice-Hall: Society for Experimental Mechanics, Inc., 1987. — 1002 p.Напряженно-деформированные состояния ЖРД / Под ред. Н. А. Махутова, В. С. Рачука. — М.: Наука, 2013. — 646 с.Stressed-Strained States of Liquid Rocket Engines / N. A. Makhutov, V S. Rachuk (Eds.). — Moscow: Nauka, 2013. — 646 p. [in Russian].Махутов Н. А., Ушаков Б. Н., Васильев И. Е. Применение хрупких тензочувствительных покрытий для оценки прочности и выявления дефектов в сварных швах трубопроводов / Вестник машиностроения. 2011. № 2. С. 44 - 48.Makhutov N. A., Ushakov B. N., Vasil’ev I. E. Strength Assessment and Defect Detection in Welded Pipeline Seams by Means of Brittle Tensosensitive Coatings / J. Russian Engineering Research. 2011. Vol. 31. N2.P 123 - 127.Махутов Н. А., Васильев И. Е., Богуславский А. А., Васильев А. И. Автоматизация процесса регистрации трещин в хрупких тензочувствительных покрытиях / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2010. Т. 76. № 11. С. 45 - 50.Makhutov N. A., Vasil’ev I. E., Boguslavskii A. A., Vasil’evA. I. Automation of Crack Recording in Brittle Tensosen- sitive Coatings / J. Inorg. Mater. 2011. Vol. 47. N 15. P 1707 - 1712.Махутов Н. А., Шемякин В. В., Ушаков Б. Н., Петер-сен Т. Б., Васильев И. Е. Применение акустической эмиссии для контроля за процессом образования трещин в хрупких оксидных тензоиндикаторах / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2011. Т. 77. № 6. С. 41 - 44.Makhutov N. A., Shemyakin V V, Ushakov B. N., Petersen T. B., Vasil’ev I. E. Use of acoustic emission for monitoring the cracking process in brittle oxide pressure-sensitive indicators / Zav. Lab. Diagn. Mater. 2011. Vol. 77. N 6. P 41 - 44 [in Russian].Махутов Н. А., Фомин А. В., Иванов В. И., Перьмяков В. Н., Васильев И. Е. Комплексная диагностика предельных состояний и раннего предупреждения аварийных состояний конструкций / Проблемы машиностроения и надежности машин. 2013. № 2. С. 46 - 51.Makhutov N. A., Fomin A. V, Ivanov V I., Permyakov V. N., Vasil’ev I. E. Complex diagnostics of limiting states and early prevention of emergency states of structures / Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mashin. 2013. N 2. P. 46 - 51 [in Russian].Матвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Иванов В. И., Елизаров С. В. Акустико-эмиссионные свойства оксидных тензо- индикаторов и распознавание сигналов при образовании трещин в хрупком слое покрытия / Дефектоскопия. 2015. № 1. С. 48 - 60.Matvienko Yu. G., Vasil’ev I. E., Ivanov V I., Elizarov S. V The acoustic-emission properties of oxide tensosensitive indicators and signal recognition during the formation of cracks in a brittle coating layer / Nondestructive Testing. 2015. Vol. 51. N 1. P 39 - 49.Матвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Панков А. В., Трусевич М. А. Ранняя диагностика зон повреждения и вероятного разрушения композиционных материалов с использованием хрупких тензоиндикаторов и акустической эмиссии / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2016. Т. 82. №1. С. 45-57.Matvienko Yu. G., Vasil’ev I. E., Pankov A. V, and Trusevich M. A. Early Diagnostics of Damage and Fracture Zones in Composite Materials Using Brittle Strain Gauges and Acoustic Emission / J. Inorg. Mater. 2017. Vol. 53. N 15. P 1484 - 1495.Пат. 2569078 РФ. Способ распознавания источников сигналов акустической эмиссии, возникающих при деградации материала, образовании трещин и разрушении конструкции / Васильев И. Е., Матвиенко Ю. Г., Иванов В. И., Елизаров С. В.; заявитель и патентообладатель Институт машиноведения им. А. А. Благонравова РАН. — № 2014125453/28; заявл. 24.06.14; опубл. 20.11.2015. Бюл. № 32.RF Pat. 2569078. Method of recognition of the sources of acoustic emission signals arising during the degradation of the material, formation cracks and destroying the structure / Vasil’ev I. E., Matvienko Yu. G., Ivanov V I., Elizarov S. V — Publ. 20.11.2015. Byull. N 32 [in Russian].Матвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Иванов В. И., Елизаров С. В. Акустико-эмиссионная диагностика процесса разрушения структуры композита при растягивающих, сжимающих и циклических нагрузках / Дефектоскопия. 2016. № 8. С. 30 - 45.Matvienko Yu. G., Vasil’ev I. E., Ivanov V I., and Elizarov S. V. Acoustic-emission evaluation of the process of destruction of a composite material under tensile, compression, and cyclic loads / J. Nondestructive Testing. 2016. Vol. 52. N 8. P. 443 - 456.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.