ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Неразрушающие методы контроля прочности, структуры и дефектоскопии полимерных композиционных материалов из "Неразрушающий контроль конструкций из композиционных материалов " Применение данных методов для полимерных композиционных материалов зависит от типа материала, вида изделия, его размеров (толщины) и поставленной задачи. [c.84] Рассмотрим некоторые методы неразрушающего контроля, которые могут быть использованы для полимерных композиционных материалов. [c.84] Импульсный акустический метод. Этот метод основан на определении параметров распространения упругого ультразвукового импульса в исследуемой среде. [c.84] Для определения прочности стеклопластиков необходимо использовать следующие акустические параметры скорость и затухание упругих волн, частотный спектр и интенсивность прошедшей через материал ультразвуковой энергии. На основе полученных экспериментально числовых соотношений между указанными параметрами и прочностью определенного стеклопластика составляется корреляционное уравнение связи или номограмма для определения прочности. [c.84] ШеМйи коэффициента затухания, точность определения которого достигает 15—20%, хотя его относительное изменение в зависимости от изменения прочности стеклопластика значительно превышает относительное изменение скорости. То же самое можно отметить и в отношении интенсивности ультразвуковой энергии и частотного спектра импульса. На эти параметры оказывают значительное влияние состояние поверхности изделия, контакт преобразователей с поверхностью материала, явления интерференции и дифракции упругих волн в материале из-за геометрических характеристик изделия. Поэтому па данном этапе развития акустических методов, на наш взгляд, наиболее целесообразным является использование скорости распространения упругих волн. [c.85] Для повышения эффективности ультразвукового контроля изделий из полимерных композиционных материалов в отраслевой лаборатории механофизики полимеров ЛТИ им. Ленсовета было разработано несколько типов ультразвуковых приборов н пьезоэлектрических преобразователей [35, 36], работающих на низких ультразвуковых частотах (20—300 кГц) с излучением упругих импульсов малой и регулируемой длительности (от одного периода колебаний и выше) и управляемой диаграммой направленности. [c.85] Для реализации Данных требований и разработки низкочастотного ультразвукового эхо-импульсного метода в ЛТИ им. Ленсовета был проведен комплекс экспериментально-теоретических исследований, в результате которых было создано несколько типов низкочастотных ультразвуковых преобразователей и приборов [35]. [c.86] Наибольший интерес представляют пакетные, групповые и катящиеся преобразователи. Так, пакетные преобразователи представляют собой отдельные пьезоэлементы, собранные в пакет. В результате расчета колеблющегося прямоугольного пьезоэлемента было установлено, что для возбуждения упругого импульса, равного периоду собственных колебаний, пьезоэлемент должен иметь размеры, обеспечивающие кратность частот мод колебаний прямоугольного элемента. Возбуждая такой пьезоэлемент электрическим импульсом, в спектре которого отсутствуют частотные составляющие, равные кратным частотам, получают короткий упругий импульс. При длительности такого электрического импульса, равной одному периоду собственных колебаний пьезоэлемента, длительность упругого импульса будет также равна одному периоду, при длительности электрического импульса равного двум, трем и более периодам длительность упругого импульса соответственно будет равна двум, трем и более периодам. Таким образом, данные преобразователи позволяют управлять длительностью упругого сигнала. Однако практически для реализации эхо-импульсного метода они не пригодны, так как не обеспечивают высокой направленности при излучении и приеме упругих волн. Основной помехой при приеме упругих волн являются поверхностные волны, которые возникают при возбуждении ненаправленного преобразователя. Для обеспечения направленности в главном направлении (перпендикулярно поверхности, на которой расположен преобразователь) предложен метод группирования элементарных источников. Группирование позволяет существенно увеличить направленность и уменьшить уровень поверхностных волн. Различают линейное и базисное группирование. Линейное группирование полностью не исключает образования волн помех, оно их локализует в определенном направлении. Для исключения образования поверхностных волн предложен преобразователь, в котором пьезоэлементы располагают на круговой базе. [c.86] Использование пакетных и групповых преобразователей не позволяет автоматизировать процесс контроля. Для автоматизации ультразвукового контроля были предложены катящиеся преобразователи, излучающие упругий импульс с управляемой длительностью. [c.86] В результате исследований и разработок низкочастотных ультразвуковых преобразователей и аппаратуры стала возможна реализация низкочастотного эхо-импульсного метода [35 ] при контроле физико-механических характеристик, дефектоскопии и толщинометрии изделий из полимерных композиционных материалов, вследствие получения упругих импульсов малой длительности и существенного повышения направленности в режиме излучения и приема. [c.87] В образцах в зависимости от их форм и размеров, типа возбудителя и приемника, способа крепления и схемы приложения динамической нагрузки можно возбуждать продольные, изгибные, крутильные и более сложные виды колебаний. Данный метод можно использовать также при вибрационных испытаниях крупногабаритных изделий, однако при этом существенно изменяется методика испытаний, способы приложения нагрузок, а также способы возбуждения и регистрации колебаний. Метод используется также при оценке интегральной жесткости крупногабаритных конструкций [11, 22] и не может быть использован при локальном определении физико-механических характеристик в изделии. Для практического применения этого метода необходимо знать геометрические размеры изделия и плотность материала, обеспечить условия закрепления изделия на опорах и преобразователей на изделии, а также нормальные температурно-влажностные условия окружающей среды. [c.87] Для реализации вибрационного метода создано достаточно большое количество аппаратуры и преобразователей различных типов и видов [11, 22—24, 43]. [c.88] Метод акустической эмиссии имеет также и некоторые недостатки. Основным недостатком, ограничивающим широкое распространение метода, является сложность расшифровки результатов контроля, обусловленная тем, что на волновой процесс акустической эмиссии накладываются паразитные акустические параметры многократно отраженных волн, шумов от работы машин, нагружающего тела и окружающей среды. Применение фильтров и систем защиты только частично снижает влияние этого воздействия. Уникальность оборудования и отсутствие его промышленного изготовления не позволяют распространить метод дальше сферы экспериментального применения. [c.88] Для реализации метода в Институте механики полимеров АН Латв. ССР разработан комплект аппаратуры Эффект-1 и Эффект-2 .. Значительные разработки в этом направлении ведутся такн е во ВНИИНК (г. Кишинев). [c.88] Инфракрасные методы. При контроле качества изделий из пластмасс и особенно стеклопластиков высокую эффективность показывают акустические и СВЧ-методы. Однако в отдельных случаях применение этих методрв ограничено рядом объективных причин, к которым можно отнести следующие необходимость обеспечения акустического контакта (что не всегда возможно) и снижения частоты при контроле материалов с сильным затуханием ультразвука, что приводит к уменьшению чувствительности, а также затрудняет автоматизацию процесса контроля) и т. д. [c.89] Причинами ограничения СВЧ-методов является образование дифракционных пятен и интерференционных полос, что усложняет расшифровку дефектограммы, громоздкость и сложность аппаратуры, вызванную необходимостью канализации энергии СВЧ-излучения в волноводах и т. д. Тем не менее в большинстве случаев, когда среда не прозрачна для инфракрасного излучения, применение этих методов при неразрушающем контроле вполне оправдано. [c.89] В тех случаях, когда необходима высокая чувствительность и разрешающая способность выявления дефектов, могут быть рекомендованы оптические методы, основанные на регистрации светового или инфракрасного излучения, отраженного или прошедшего через исследуемую среду [37]. Однако большинство типов пластмасс и стеклопластиков являются непрозрачными или слабопрозрачными для светового и инфракрасного диапазона. Данные материалы являются рассеивающими средами, что существенно усложняет задачу. В последнее время достигнуты большие успехи в области теории рассеяния, основанной на решении уравнений переноса, описывающих распространение световой или инфракрасной радиации в рассеивающей среде. [c.89] Экспериментальные исследования по неразрушающему контролю изделий из пластмасс проводились на установке, разработанной и изготовленной в отраслевой лаборатории механофизики полимеров и приведенной на рис. 3.1. Установка состоит из трех основных частей механической, электронной и оптической. [c.89] Вернуться к основной статье