Благодаря своей слоистой структуре армированные волокнами композитные материалы, особенно материалы на основе углеродных волокон (CFRP), чувствительны к процессам, в которых могут происходить повреждения при соединении отдельных слоев (такие как расслоение, трещины в смоле, разрыв волокна). Это особенно относится к применениям, в которых компоненты подвергаются воздействию ударов (например, град, удары птиц в авиации или энергия ветра), большим статическим нагрузкам (например, лопасти ротора) или вибрациям (например, в баллонах со сжатым газом). Ущерб от событий удара с малой или средней энергией очень трудно обнаружить при обычном визуальном осмотре. Вот почему их называют «едва видимым ударным повреждением» (BVID) в авиации. Структурные свойства компонента могут быть значительно снижены. Поэтому плановые проверки целостности компонентов с помощью неразрушающего контроля (НК) широко распространены во многих отраслях промышленности, хотя они отнимают много времени и требуют больших затрат и требуют отключения системы. Кроме того, компоненты разработаны довольно щедро, чтобы предотвратить сбой между тестами; последнее, в свою очередь, ограничивает легкий строительный потенциал углепластика. В последние годы предпринимались попытки периодически или даже непрерывно контролировать состояние этих компонентов в автоматическом режиме. Этот структурный мониторинг работоспособности (SHM) даже позволяет обнаруживать события в режиме реального времени.которые, однако, являются трудоемкими и дорогостоящими и требуют выключения системы. Кроме того, компоненты разработаны довольно щедро, чтобы предотвратить сбой между тестами; последнее, в свою очередь, ограничивает легкий строительный потенциал углепластика. В последние годы предпринимались попытки периодически или даже непрерывно контролировать состояние этих компонентов в автоматическом режиме. Этот структурный мониторинг работоспособности (SHM) даже позволяет обнаруживать события в режиме реального времени.которые, однако, являются трудоемкими и дорогостоящими и требуют выключения системы. Кроме того, компоненты разработаны довольно щедро, чтобы предотвратить сбой между тестами; последнее, в свою очередь, ограничивает легкий строительный потенциал углепластика. В последние годы предпринимались попытки периодически или даже непрерывно контролировать состояние этих компонентов в автоматическом режиме. Этот структурный мониторинг работоспособности (SHM) даже позволяет обнаруживать события в режиме реального времени. Этот структурный мониторинг работоспособности (SHM) даже позволяет обнаруживать события в режиме реального времени. Этот структурный мониторинг работоспособности (SHM) даже позволяет обнаруживать события в режиме реального времени.
Непрерывный мониторинг компонентов
Широко используемый метод неразрушающего контроля - ультразвуковое исследование (УЗИ). В давно установленных процедурах используется введение звука, перпендикулярного уровню компонентов, с помощью применяемых исполнительных механизмов / эхолотов. На интерфейсах, а также на дефектах возникают отражения звукового импульса, которые можно обнаружить по сигналу датчика. Пространственное разрешение осуществляется посредством (ручного или автоматического) сканирования поверхности. Однако в последние годы так называемые волновые волны / волны ягненка все чаще используются для испытаний в США, в которых звуковые волны распространяются по всей структуре. Затем повреждение вызывает изменения в характеристиках распространения, в результате чего местоположение, размер и, возможно, использование подходящей сети приводов и датчиковтип повреждения также может быть определен (Acoustic Ultrasonics, AU). Также возможно прямое обнаружение и оценка звуковых событий посредством воздействия (акустическая эмиссия, АЭ). Оба метода также подходят для SHM, но они требуют, чтобы датчики были надежно подключены к компоненту. Датчики обычно применяются к компоненту впоследствии (вторично скреплены), но также выполняется крепление во время процесса изготовления компонента (склеено). Для этой цели в основном используются пьезоэлектрические датчики на основе PZT, которые являются относительно гибкими, но при этом имеют толщину несколько 100 мкм.однако они требуют, чтобы датчики были надежно подключены к компоненту. Датчики обычно применяются к компоненту впоследствии (вторично скреплены), но также выполняется крепление во время процесса изготовления компонента (склеено). Для этой цели в основном используются пьезоэлектрические датчики на основе PZT, которые являются относительно гибкими, но при этом имеют толщину несколько 100 мкм.однако они требуют, чтобы датчики были надежно подключены к компоненту. Датчики обычно применяются к компоненту впоследствии (вторично скреплены), но также выполняется крепление во время процесса изготовления компонента (склеено). Для этой цели в основном используются пьезоэлектрические датчики на основе PZT, которые являются относительно гибкими, но при этом имеют толщину несколько 100 мкм.
Картинная галерея
Встроенные датчики
В исследовательском проекте на Fraunhofer IAP был исследован потенциал очень тонких полимерных пьезоэлектрических датчиков на основе PVDF, которые были встроены непосредственно в композит между двумя слоями. Такое расположение обеспечивает преимущества при целенаправленном возбуждении ультразвуковых волн и в защите преобразователя от механических повреждений и идеально подходит, например, для композитных сосудов высокого давления. Целенаправленное структурирование геометрии преобразователя и электродов также обеспечивает избирательное модовое возбуждение и обнаружение ультразвуковых волн.
Работа показала, что жесткость связи практически не зависит от встраивания. Уменьшение прочности композиционного слоя может быть сведено к минимуму с помощью клеевых слоев между электродом и пьезоэлектрическим материалом. Встраивание преобразователей совместимо с обычными методами производства композитов, если температура плавления пьезоэлектрического материала (около 150 ° C) не превышена. Адаптированная процедура поляризации позволяет функционировать датчикам даже после встраивания. С помощью набора встроенных преобразователей могут быть обнаружены различия во времени выполнения воздействия между отдельными датчиками, так что предоставляется предварительное условие для определения положения. (Qui)
* Профессор, доктор Кристиан Драйер, руководитель исследовательского отдела PYCO в Fraunhofer IAP и профессор технологий волокнистых композиционных материалов в Техническом университете Вильдау
* Доктор Олаф Кале, Фраунгофер IAP
* Доктор Майкл Вегенер, руководитель отдела датчиков и приводов Fraunhofer IAP
Файлы статей и ссылки на статьи
Ссылка: в область исследований полимерных материалов и композитов на Fraunhofer IAP