zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2026-92-1-49-59zldm-2702Research ArticleМЕХАНИКА МАТЕРИАЛА: ПРОЧНОСТЬ, РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬMATERIALS MECHANICS: STRENGTH, DURABILITY, SAFETYОценка поврежденности композитного материала на основе модели регрессионного анализа потоковых акустико-эмиссионных параметровAssessment of composite material damage based on a regression analysis model of streaming acoustic emission parametersМатвиенкоЮ. Г.MatvienkoYu. G.

Юрий Григорьевич Матвиенко

101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4

Yury G. Matvienko

4, Malyi Kharitonievsky per., Moscow, 101990

chernovdv@inbox.ruЧерновД. В.ChernovD. V.

Дмитрий Витальевич Чернов

101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4

Dmitry V. Chernov

4, Malyi Kharitonievsky per., Moscow

chernovdv@inbox.ruБаландинТ. Д.BalandinT. D.

Тимофей Дмитриевич Баландин

101990, Москва, Малый Харитоньевский пер., д. 4

Timofey D. Balandin

4, Malyi Kharitonievsky per., Moscow, 101990

МарченковА. Ю.MarchenkovA. Yu.

Артём Юрьевич Марченков

111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14

Artem Yu. Marchenkov

14, Krasnokazarmennaya ul., Moscow, 111250

ТурбинН. В.TurbinN. V.

Николай Васильевич Турбин

111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14

Nikolay V. Turbin

Moscow Aviation Institute (National Research University)

КожевниковА. В.KojevnikovA. V.

Антон Вадимович Кожевников

111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14

Anton V. Kojevnikov

14, Krasnokazarmennaya ul., Moscow, 111250

Институт машиноведения им. А. А. Благонравова Российской академии наукРоссияMechanical Engineering Research Institute, Russian Academy of SciencesRussian FederationНациональный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational Research University «Moscow Power Engineering Institute»Russian FederationМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian Federation2026290120269214959Copyright © Матвиенко Ю.Г., Чернов Д.В., Баландин Т.Д., Марченков А.Ю., Турбин Н.В., Кожевников А.В., 20262026Матвиенко Ю.Г., Чернов Д.В., Баландин Т.Д., Марченков А.Ю., Турбин Н.В., Кожевников А.В.Matvienko Y.G., Chernov D.V., Balandin T.D., Marchenkov A.Y., Turbin N.V., Kojevnikov A.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/2702

Представлена методика акустико-эмиссионного (АЭ) мониторинга степени поврежденности композитных материалов, инвариантной к влиянию механического ударного воздействия. В процессе ее разработки использовали алгоритмы регрессионного и статистического анализа, позволяющие определить нелинейные закономерности между степенью поврежденности композитных образцов (j) и значениями потоковых АЭ-параметров. В качестве наиболее информативных АЭ-параметров, коррелирующих с фактическим состоянием контролируемых изделий, выбраны значения квантилей уровня p = 0,9 функций распределения энергии переднего фронта ([Eφ]p = 0,9) и удельной энергии ([EN]p = 0,9) импульсов АЭ. Одним из основных этапов применения разработанной методики является разделение критериальной плоскости [EN]p = 0,9 – [Eφ]p = 0,9 на три характерных сегмента (I, II, III). По значениям потоковых параметров и их весового содержания в сегментах I, II, III (WI, WII, WIII) проведен синтез регрессионной модели, позволяющей оценить степень поврежденности композитных образцов по результатам АЭ-мониторинга. Максимальная приведенная погрешность разработанной модели составила γ = 9,8 %, при этом ее среднее значение не превышало 1,1 % независимо от исходного состояния контролируемых изделий.

The aim of this study is to develop an acoustic emission (AE) monitoring methodology that is invariant to the mechanical impact influence. To achieve this objective, regression and statistical analysis algorithms were employed to identify nonlinear relationships between the degree of damage in composite specimens (j) and the values of streaming AE parameters. As the most informative AE parameters correlating with the actual condition of the monitored specimens, the quantile values at the p = 0.9 level of the distribution functions of the front energy ([Eφ]p = 0.9) and specific energy ([EN]p = 0.9) of AE pulses were selected. A key stage in the implementation of the proposed methodology involves partitioning the criterion plane ([EN]p = 0.9 – [Eφ]p = 0.9) into three characteristic segments (I, II, III). Based on the values of the streaming parameters and their weighted distribution across segments I, II, and III (WI, WII, WIII), a regression model was synthesized to assess the degree of damage in composite specimens using AE monitoring results. The maximum reduced error of the developed model was γ = 9.8%, while the mean relative error did not exceed 1.1%, regardless of the initial condition of the monitored specimens.

композиционные материалыакустическая эмиссиястепень поврежденностинелинейная регрессиястатистическийcomposite materialsacoustic emissiondegree of damagenonlinear regressionstatistical analysisReferencesDeo R. B., Starnes J. H., Holzwarth R. C. Low-cost composite materials and structures for aircraft applications / Low Cost Composite Structures: Proc. of the RTO AVT Specialists’ Meeting, Loen, Norway, 7 – 11 May, 2001. Published in RTO-MP-069(II). 2003. P. 1 – 11.Deo R. B., Starnes J. H., Holzwarth R. C. Low-cost composite materials and structures for aircraft applications / Low Cost Composite Structures: Proc. of the RTO AVT Specialists’ Meeting, Loen, Norway, 7 – 11 May, 2001. Published in RTO-MP-069(II). 2003. P. 1 – 11.Горбунов Э. В., Лукасов В. В., Мусонов В. М. Использование композитов при производстве и эксплуатации воздушных судов / Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2015. Т. 1. ¹ 11. С. 692 – 693.Gorbunov E. V., Lukasov V. V., Musonov V. M. Use of composites in the production and operation of aircraft / Act. Probl. Aviation Cosmonautics. 2015. Vol. 1. No. 11. P. 692 – 693 [in Russian].Wu Yulun. Application of carbon fiber composite materials in aircraft / Appl. Comput. Eng. 2024. Vol. 61. P. 245 – 248. DOI: 10.54254/2755-2721/61/20240969Wu Yulun. Application of carbon fiber composite materials in aircraft / Appl. Comput. Eng. 2024. Vol. 61. P. 245 – 248. DOI: 10.54254/2755-2721/61/20240969Parveez B., Kittur M. I., Badruddin I. A., et al. Scientific advancements in composite materials for aircraft applications: a review / Polymers. 2022. Vol. 14. P. 5007. DOI: 10.3390/polym14225007Parveez B., Kittur M. I., Badruddin I. A., Kamangar S., et al. Scientific advancements in composite materials for aircraft applications: a review / Polymers. 2022. Vol. 14. P. 5007. DOI: 10.3390/polym14225007Иванов В. И., Барат В. А. Акустико-эмиссионная диагностика. — М.: Спектр, 2017. — 368 с.Ivanov V. I., Barat V. A. Acoustic emission diagnostics. — Moscow: Spektr, 2017. — 368 p. [in Russian].Сазонов А. А., Шелобков В. И., Иванов В. И. Исследование параметров преобразователей акустической эмиссии с учетом влияния акустико-электронного канала и условий калибровки / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 2. С. 30 – 39. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-2-30-39Sazonov A. A., Shelobkov V. I., Ivanov V. I. Study of parameters of acoustic emission transducers taking into account the influence of the acoustic-electronic channel and calibration conditions / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2022. Vol. 88. No. 2. P. 30 – 39 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-2-30-39Махутов Н. А., Гаденин М. М., Иванов В. И. Научно-методическая база технического диагностирования потенциально опасных промышленных объектов / Безопасность труда в промышленности. 2021. № 6. С. 7 – 14. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-6-7-14Makhutov N. A., Gadenin M. M., Ivanov V. I. Scientific and methodological basis for technical diagnostics of potentially hazardous industrial facilities / Occupat. Safety Industry. 2021. No. 6. P. 7 – 14 [in Russian]. DOI: 10.24000/0409-2961-2021-6-7-14Матвиенко Ю. Г., Васильев И. Е., Баландин Т. Д., Чернов Д. В. Особенности построения планарной локации источников акустической эмиссии с помощью триангуляционного алгоритма Inglada / Дефектоскопия. 2024. № 12. С. 3 – 13. DOI: 10.31857/s0130308224120011Matvienko Yu. G., Vasiliev I. E., et al. Features of planar location of acoustic emission sources using the Inglada triangulation algorithm / Defektoskopiya. 2024. No. 12. P. 3 – 13 [in Russian]. DOI: 10.31857/s0130308224120011Брянский А. А., Башков О. В., Белова И. В., Башкова Т. И. Исследование развивающихся повреждений при изгибном нагружении полимерных композиционных материалов и их идентификация методом акустической эмиссии / Frontier Mater. Technol. 2022. ¹ 2. С. 7 – 16.Bryanskiy A. A., Bashkov O. V., Belova I. V., Bashkova T. I. Study of developing damage under bending loading of polymer composite materials and their identification by acoustic emission method / Frontier Mater. Technol. 2022. No. 2. P. 7 – 16 [in Russian].Panasiuk K., Dudzik K., Hajdukiewicz G. Acoustic emission as a method for analyzing changes and detecting damage in composite materials during loading / Arch. Acoustics. 2021. Vol. 46. No. 3. P. 399 – 407. DOI: 10.24425/aoa.2021.138133Panasiuk K., Dudzik K., Hajdukiewicz G. Acoustic emission as a method for analyzing changes and detecting damage in composite materials during loading / Arch. Acoustics. 2021. Vol. 46. No. 3. P. 399 – 407. DOI: 10.24425/aoa.2021.138133Saeedifar M., Ahmadi Najafabadi M., Mohammadi K., et al. Acoustic emission-based methodology to evaluate delamination crack growth under quasi-static and fatigue loading conditions / J. Nondestr. Eval. 2018. Vol. 37. No. 1. DOI: 10.1007/s10921-017-0454-0Saeedifar M., Ahmadi Najafabadi M., Mohammadi K., et al. Acoustic emission-based methodology to evaluate delamination crack growth under quasi-static and fatigue loading conditions / J. Nondestr. Eval. 2018. Vol. 37. No. 1. DOI: 10.1007/s10921-017-0454-0Матвиенко Ю. Г., Махутов Н. А., Васильев И. Е. и др. Оценка остаточной прочности композитных изделий на основе структурно-феноменологической концепции повреждений и акустико-эмиссионной диагностики / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. ¹ 1. Ч. I. С. 69 – 81. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-1-i-69-81Matvienko Yu. G., Makhutov N. A., Vasiliev I. E., et al. Assessment of residual strength of composite products based on structural-phenomenological damage concept and acoustic emission diagnostics / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2022. Vol. 88. No. 1. Part I. P. 69 – 81 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-1-i-69-81Matvienko Y. G., Vasil’ev I. E., Chernov D. V. Damage and failure of unidirectional laminate by acoustic emission combined with video recording / Acta Mech. 2021. Vol. 232. P. 1889 – 1900. DOI: 10.1007/s00707-020-02866-6Matvienko Yu. G., Vasil’ev I. E., Chernov D. V. Damage and failure of unidirectional laminate by acoustic emission combined with video recording / Acta Mech. 2021. Vol. 232. P. 1889 – 1900. DOI: 10.1007/s00707-020-02866-6Степанова Л. Н., Чернова В. В., Кабанов С. И. Анализ процессов разрушения образцов из углепластиков с использованием акустической эмиссии и тензометрии / Дефектоскопия. 2023. ¹ 7. С. 3 – 13. DOI: 10.31857/s0130308223070011Stepanova L. N., Chernova V. V., Kabanov S. I. Analysis of fracture processes in carbon fiber reinforced plastic samples using acoustic emission and strain gauging / Defektoskopiya. 2023. No. 7. P. 3 – 13 [in Russian]. DOI: 10.31857/s0130308223070011Almeida Renato S. M., Magalhães Marcelo D., Karim Md Nurul, et al. Identifying damage mechanisms of composites by acoustic emission and supervised machine learning / Mater. Design. 2023. Vol. 227. P. 111745. DOI: 10.1016/j.matdes.2023.111745Almeida Renato S. M., Magalhães Marcelo D., Karim Md Nurul, et al. Identifying damage mechanisms of composites by acoustic emission and supervised machine learning / Mater. Design. 2023. Vol. 227. P. 111745. DOI: 10.1016/j.matdes.2023.111745Михальченков А. М., Комогорцев В. Ф., Дьяченко А. В. Метод испытаний на адгезионную прочность системы полимерная клеевая композиция – металлический сплав / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. ¹ 8. С. 59 – 61.Mikhalchenkov A. M., Komogortsev V. F., Dyachenko A. V. Testing of the system polymer adhesive composition — metal alloy for adhesive strength / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2015. Vol. 81. No. 8. P. 59 – 61 [in Russian].Kalteremidou K., Aggelis D., van Hemelrijck D., Pyl L. Acoustic emission for identification of the dominant stress component in polymer composites at early loads / e-J. Nondestr. Testing. 2023. Vol. 28(1). DOI: 10.58286/27595Kalteremidou K., Aggelis D., van Hemelrijck D., Pyl L. Acoustic emission for identification of the dominant stress component in polymer composites at early loads / e-J. Nondestr. Testing. 2023. Vol. 28(1). DOI: 10.58286/27595Nak-Sam Choi, Tae-Won Kim, Kyoung Y. Rhee. Kaiser effects in acoustic emission from composites during thermal cyclic-loading / NDT & E Int. 2005. Vol. 38. No. 4. P. 268 – 274. DOI: 10.1016/j.ndteint.2004.09.005Nak-Sam Choi, Tae-Won Kim, Kyoung Y. Rhee. Kaiser effects in acoustic emission from composites during thermal cyclic-loading / NDT & E Int. 2005. Vol. 38. No. 4. P. 268 – 274. DOI: 10.1016/j.ndteint.2004.09.005Yutong F., Yao X. A review on manufacturing defects and their detection of fiber reinforced resin matrix composites / Composites. Part C. Open Access. 2022. Vol. 8. No. 12. P. 100276. DOI: 10.1016/j.jcomc.2022.100276Yutong F., Yao X. A review on manufacturing defects and their detection of fiber reinforced resin matrix composites / Composites. Part C. Open Access. 2022. Vol. 8. No. 12. P. 100276. DOI: 10.1016/j.jcomc.2022.100276Azzouz R., Allaoui S., Moulart R. Composite preforming defects: a review and a classification / Int. J. Mater. Forming. 2021. Vol. 14. No. 6. P. 1259 – 1278. DOI: 10.1007/s12289-021-01643-7Azzouz R., Allaoui S., Moulart R. Composite preforming defects: a review and a classification / Int. J. Mater. Forming. 2021. Vol. 14. No. 6. P. 1259 – 1278. DOI: 10.1007/s12289-021-01643-7Полилов А. Н., Арутюнова А. С., Татусь Н. А. Влияние концентрации напряжений вблизи захватов на прочность композитов при растяжении / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 11. С. 48 – 59. DOI: 10.26896/1028-6861.2020.86.11.48-59Polilov A. N., Arutyunova A. S., Tatus N. A. Effect of stress concentration near grips on tensile strength of composites / Industr. Lab. Mater. Diagn. 2020. Vol. 86. No. 11. P. 48 – 59 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861.2020.86.11.48-59Belany P., Hrabovsky P., Sedivy S., et al. A Comparative analysis of polynomial regression and artificial neural networks for prediction of lighting consumption / Buildings. 2024. Vol. 14. P. 1712. DOI: 10.3390/buildings14061712Belany P., Hrabovsky P., Sedivy S., et al. A Comparative analysis of polynomial regression and artificial neural networks for prediction of lighting consumption / Buildings. 2024. Vol. 14. P. 1712. DOI: 10.3390/buildings14061712

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