zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2021-87-4-61-70zldm-1406Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMECHANICAL TESTING METHODSПрименение акустической эмиссии и видеорегистрации для мониторинга кинетики повреждений при сжатии композитных образцовUsing of acoustic emission and video recording for monitoring the kinetics of damage upon compression of composite specimensМатвиенкоЮ. Г.MatvienkoYu. G.

Юрий Григорьевич Матвиенко

101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., дом 4

Yury G. Matvienko

4, Maly Kharitonyevsky per., Moscow, 101990

ВасильевИ. Е.Vasil’evI. E.

Игорь Евгеньевич Васильев

101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., дом 4

Igor E. Vasil’ev

4, Maly Kharitonyevsky per., Moscow, 101990

vie01@rambler.ruЧерновД. В.ChernovD. V.

Дмитрий Витальевич Чернов

101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., дом 4

Dmitry V. Chernov

4, Maly Kharitonyevsky per., Moscow, 101990

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ)РоссияMechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences (IMASH)Russian Federation2021230420218746170Copyright © Матвиенко Ю.Г., Васильев И.Е., Чернов Д.В., 20212021Матвиенко Ю.Г., Васильев И.Е., Чернов Д.В.Matvienko Y.G., Vasil’ev I.E., Chernov D.V.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/1406

Рассмотрены результаты исследования разрушения партии образцов полимерного композитного материала (ПКМ) при сжатии. В ходе проводимых экспериментов изучали кинетику повреждений и разрушений структурных связей в пакете ПКМ от действия сжимающей нагрузки с применением акустической эмиссии и видеосъемки. Устанавливали соответствия между происходящими разрушениями на микро-, мезо- и макромасштабном уровнях пакета ПКМ и регистрируемыми при этом локационными импульсами, их энергетическими параметрами, формой и спектром. Тестировали новые критериальные параметры, включающие активность регистрации локационных импульсов в энергетических кластерах и их весовое содержание. Структурно-феноменологический подход, реализуемый путем разделения всего массива акустико-эмиссионных данных на энергетические кластеры, позволил контролировать степень разрушения структуры материала с применением активности регистрации и весового содержания локационных импульсов в кластерах нижнего, среднего и верхнего энергетических уровней. Сопоставление событий акустической эмиссии, регистрируемых на стадиях нагружения испытываемых образцов, с кадрами видеосъёмки разрушения структурных связей в пакете ПКМ дало возможность установить соответствие между происходящими разрушениями и регистрируемыми импульсами акустической эмиссии, их параметрами, формой и спектром.

The results of studying fracture of a batch of fiber-reinforced polymer (FRP) specimens upon compression are considered. The kinetics of damage and fracture of structural bonds in the FRP package under the impact of compressive load has been studied using acoustic emission (AE) in combination with video recording. Correlations between fractures occurring on the micro-, meso-, and macroscopic levels of the FRP package and the AE events registered at the same time, i.e., their energy parameters, shape, and spectrum were determined. New criterion parameters including the activity of registration of AE events in energy clusters and their weight content were analyzed. The structural-phenomenological approach, implemented by dividing the entire array of acoustic emission data into energy clusters provided the possibility of control of the kinetics of the material fracture using the registration activity and the weight content of AE events in clusters of the lower, middle and upper energy levels. Comparison of the AE events recorded at the stages of loading of the tested specimens with video footage of the fracture of structural bonds in the FRP package made it possible to set up a correspondence between the occurring damage and the recorded AE signals, their parameters, shape and spectrum.

полимерный композитный материалакустическая эмиссиялокационные импульсыэнергетические кластерывесовое содержаниечастота регистрациивидеосъемкаacoustic emissionAE eventssignalsweight contentfrequency of registrationvideo recordingcompressive loadReferencesМатвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Чернов Д. В. Исследование кинетики разрушения структурных связей однонаправленного ламината с применением акустической эмиссии и видеорегистрации / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 11. С. 45 – 61. DOI: 10.26896/ 1028-6861-2019-85-11-45-61Matvienko Y. G., Vasil’ev I. E., Chernov D. V. The kinetics of failure structural bonds of the unidirectional laminate by use of acoustic emission and video recording / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2019. Vol. 85. N 11. P. 45 – 61. DOI: 10.26896/ 1028-6861-2019-85-1-45-61 [in Russian].Проблемы прочности, техногенной безопасности и конструкционного материаловедения / Под ред. Н. А. Махутова, Ю. Г. Матвиенко, А. Н. Романова. — М.: ЛЕНАНД, 2018. — 720 с.Problems of the strength of materials, industrial safety and construction materials / Edited by N. A. Makhutov, Yu. G. Matvienko, A. N. Romanov. — Moscow: Lenand, 2018. — 720 p. [in Russian].Композиционные материалы: справочник / Под. ред. В. В. Васильева, Ю. М. Тарнопольского. — М.: Машиностроение. 1990. — 512 с.Composite materials. Handbook / Edited by V. V. Vasiliev, Yu. M. Tarnopolsky. — Moscow: Mashinostroenie, 1990. — 512 p. [in Russian].Гузь А. Н. Механика разрушения композиционных материалов при сжатии. — Киев: Наукова Думка, 1990. — 628 с.Guz’ A. N. Fracture Mechanics of composite materials under compression. — Kiev: Naukova Dumka, 1990. — 632 p. [in Russian].Полилов А. Н. Экспериментальная механика композитов. — М.: Изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. — 376 с.Polilov A. N. Experimental mechanics of composites. — Moscow: Izd. MGTU N. É. Baumana, 2016. — 376 p. [in Russian].Гольдштейн Р. В., Шифрин Е. И., Шушпанников П. С., Трунин Ю. П., Фагалов В. Ф. Способ расчета остаточной прочности образцов из ПКМ при одноосном сжатии с учетом поврежденной ударом зоны. — В сб.: Результаты фундаментальных исследований в прикладных задачах авиастроения / Под ред. С. Л. Чернышова. — М.: Наука, 2016. С. 430 – 442.Goldstein R. V., Shifrin E. I., Shushpannikov P. S., Trunin Yu. P., Fagalov V. F. Method for calculating the residual strength of samples from PCM under uniaxial compression taking into account the impact-damaged zone / In the coll. of results of fundamental research in applied problems of aircraft construction. Edited by S. L. Chernyshov. — Moscow: Nauka, 2016. P. 430 – 442 [in Russian].López-Alba Elías, Schmeer Sebastian and Díaz Francisco. Energy absorption capacity in natural fiber reinforcement composites structures / J. Materials. 2018. Vol. 11. P. 418 – 436. DOI: 10.3390/ma11030418López-Alba Elías, Schmeer Sebastian and Díaz Francisco. Energy absorption capacity in natural fiber reinforcement composites structures / J. Materials. 2018. Vol. 11. P. 418 – 436. DOI: 10.3390/ma11030418Bessa M. Meso-mechanical model of the structural integrity of advanced composite laminates / Ph.D. Dissertation. — Faculty of engineering University of Porto, 2010. — 204 p.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.Олейников А. И. Оценка статической прочности слоистых композитов / Ученые записки ЦАГИ. 2019. Т. 50. № 4. С. 53 – 66.Oleinikov A. I. Estimation of the static strength of layered composites / Uch. Zap. TsAGI. 2019. Vol. 50. N 4. P. 53 – 66 [in Russian].Фагалов В. В., Трунин Ю. П. Экспериментальное определение характеристик прочности, трещиностойкости, ударостойкости и усталости плоских образцов из композиционных материалов / Труды межд. Конференции «Живучесть и конструкционное материаловедение». (ЖИВКОМ-2012). Т. 1. — М.: РАН. РФФИ, 2012. С. 314 – 323.Fagalov V. V., Trunin Yu. P. Experimental determination of the characteristics of strength, crack resistance, impact resistance and fatigue of flat samples made of composite materials / Proceedings of the conference. Conferences «Survivability and structural materials science». (IVKOM-2012). Vol. 1. — Moscow: RAN. RFFI, 2012. P. 314 – 323 [in Russian].González C., Vilatela J. J., Molina-Aldareguiía J. M. Structural composites for multifunctional applications: Current challenges and future trends / Progr. Mater. Sci. 2017. N 89. P. 194 – 251.González C., Vilatela J. J., Molina-Aldareguiía J. M. Structural composites for multifunctional applications: Current challenges and future trends / Progr. Mater. Sci. 2017. N 89. P. 194 – 251.Sairajan K. K., Aglietti G. S., and Mani K. M. A review of multifunctional structure technology for aerospace applications / Acta Astronautica. 2016. Vol. 120. P. 30 – 42.Sairajan K. K., Aglietti G. S., and Mani K. M. A review of multifunctional structure technology for aerospace applications / Acta Astronautica. 2016. Vol. 120. P. 30 – 42.Hamdi K., Aboura Z., Harizi W., and Khellil K. Structural health monitoring of carbon fiber reinforced matrix by the resistance variation method / Journal of Composite Material. Review. 2020. N 9. P. 56 – 68. DOI: 10.1177/0021998320921476Hamdi K., Aboura Z., Harizi W., and Khellil K. Structural health monitoring of carbon fiber reinforced matrix by the resistance variation method / Journal of Composite Material. Review. 2020. N 9. P. 56 – 68. DOI: 10.1177/0021998320921476Васильев И. Е., Матвиенко Ю. Г., Чернов Д. В., Елизаров С. В. Мониторинг накопления повреждений в кессоне стабилизатора планера МС-21 с применением акустической эмиссии / Проблемы машиностроения и автоматизации. 2020. № 2. С. 118 – 141.Vasil’ev I. E., Matvienko Y. G., Chernov D. V., Elizarov S. V. Monitoring of damage accumulation in caisson of the planer MS-21 using acoustic emission / Probl. Mashinostr. Avtomat. 2020. N 2. P. 118 – 141 [in Russian].Матвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Чернов Д. В., Иванов В. И., Елизаров С. В. Критериальные параметры для оценки степени деградации композитных материалов при акустико-эмиссионном мониторинге изделий / Дефектоскопия. 2018. № 12. С. 3 – 11. DOI: 10.1134/S1061830918120070.Matvienko Yu. G., Vasil’ev I. E., Chernov D. V. and Elizarov S. V. Criterion parameters for assessing degradation of composite materials by acoustic emission testing / Russian Journal of Nondestructive Testing. 2018. Vol. 54. N 12. P. 811 – 819. DOI: 10.1134/S1061830918120070

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