​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Малайзии впервые исследовали углерод-углеродный композит новым методом неразрушающего контроля — ультразвуковой инфракрасной термографией. Сам материал является перспективным для ракетной и авиационной техники, так как выдерживает температуру до 2500 оС.

Эксперименты доказали, что этот метод позволяет с высокой точностью и в режиме онлайн обнаруживать так называемые «целующиеся» дефекты («kissing-bond» defects) в материале. Если их вовремя не обнаружить, они могут стать причиной аварийных ситуаций. Результаты исследования опубликованы в журнале Composites Part B: Engineering (IF: 4,92; Q1).

«Благодаря своей высокой прочности при относительно низкой массе и устойчивости к коррозии композитные материалы широко используются в аэрокосмической технике, судостроении и автомобилестроении. Но у них есть существенное ограничение — композиты уязвимы для ударных повреждений.

Если их использовать на внешних деталях летательных аппаратов (самолетов, ракет и других), например, их могут повредить град, удары птиц и инструмента. Дефекты в таких материалах часто незаметны — мельчайшие отслоения, трещины, разрывы волокон. Но со временем в процессе эксплуатации они становятся больше, потенциальная опасность растет. Поэтому производство ответственных деталей из композитов требует новых методов неразрушающего контроля», — говорит научный сотрудник Агентства по ядерной энергии Малайзии Заки Умар. Недавно он находился на стажировке в Томском политехе.

У углерод-углеродного композита сложная волокнистая структура. Для нее характерны «целующиеся» дефекты. Это такие дефекты, например, трещины, в которых края тесно соприкасаются друг с другом. Их сложно обнаружить стандартными  ультразвуковым и рентгеновским методами, потому что они не оказывают сопротивления механическим волнам и ионизирующему излучению. Поэтому в Томском политехе Заки Умару предложили использовать для контроля углерод-углеродного композита метод ультразвуковой инфракрасной термографии. Он объединяет сразу два метода неразрушающих испытаний: ультразвуковой и тепловой. И Томский политехнический университет — это один из немногих научных центров в России, где проводятся исследования в области ультразвуковой инфракрасной термографии.

 
Фото: экспериментальная установка для проведения контроля / Composites Part B: Engineering

 

«Пока этот метод остается новым во всем мире, и в России на производстве не внедрен. Хотя у него есть целый ряд преимуществ, — говорит заведующий научно-производственной лаборатории «Тепловой контроль», профессор ТПУ Владимир Вавилов. — Суть метода проста: в объект контроля вводится мощный ультразвук частотой 20-40 килоГерц — гораздо мощнее, чем в традиционном ультразвуковом контроле. Ультразвуковая волна, распространяясь в твердом теле, вызывает трение стенок дефектов, генерируя тепловую энергию. Эту энергию мы фиксируем с помощью инфракрасной камеры, установленной на небольшом расстоянии от объекта контроля. По тепловому “отпечатку” дефектов можно судить об их расположении и характеристиках».  

Эксперименты показали, что ультразвуковая инфракрасная термография весьма эффективна для обнаружения дефектов в углерод-углеродном композите. Исследователи получали четкие сигналы, которые трудно спутать с «шумами», которые сопровождают стандартный ультразвуковой контроль.  

«Из композитов, в том числе углерод-углеродного, делают сложные по форме детали, которые затруднительно испытывать обычным ультразвуком. Метод ультразвуковой термографии гораздо менее требователен к выбору точки ввода ультразвука, поэтому он пригоден для контроля деталей сложной формы. Процесс контроля проходит в режиме онлайн, все данные сразу доступны для анализа», — поясняет профессор Вавилов.

Также с помощью разработанной в ТПУ программы ThermoSource ученые решали важную фундаментальную задачу оценки энергии, выделяемой дефектами при внутреннем трении. Это позволит определить предельные возможности метода и оптимизировать процедуру неразрушающих испытаний.  Кроме того, трехмерное моделирование тепловыделения в дефектах позволяет исследовать структуру сложных дефектов, которые возникают в композитах из-за внешних воздействий.

Разработанную методику контроля и модель расчета выделяемой энергии теперь можно будет использовать и для других композитных материалов, в частности, углепластика, стеклопластика, композитной керамики и других.  

Справка:

Композитные материалы — это многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы, армированной различными наполнителями. Благодаря сочетанию компонентов создаются новые материалы. Их свойства качественно отличаются от свойств каждого из компонента по отдельности.

Источники

Тепло и ультразвук помогли ученым обнаружить "целующиеся" дефекты в перспективном материале для ракетной техники
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 30/01/2019
Ученые ТПУ научились выявлять "целующиеся" дефекты в авиаматериалах
РИА Томск (riatomsk.ru), 30/01/2019
Тепло и ультразвук помогли обнаружить "целующиеся" дефекты
Новости@Rambler.ru, 31/01/2019
Тепло и ультразвук помогли обнаружить "целующиеся" дефекты
Индикатор (indicator.ru), 31/01/2019
Тепло и ультразвук помогли обнаружить "целующиеся" дефекты
SMIonline (so-l.ru), 31/01/2019
Тепло и ультразвук помогли обнаружить "целующиеся" дефекты
Nanonewsnet.ru, 03/02/2019
Исследователи ТПУ вместе с коллегами из Малайзии разработали новый метод неразрушающего контроля композитов
Научная Россия (scientificrussia.ru), 12/02/2019
Исследователи ТПУ вместе с коллегами из Малайзии разработали новый метод неразрушающего контроля композитов
1k.com.ua, 12/02/2019

Похожие новости

  • 09/01/2017

    ТГУ создает 3D-фильм о раскопках курганов в тувинской Долине царей

    ​Сотрудники Томского госуниверситета (ТГУ) планируют в 2017 году выпустить фильм в 3D об археологических раскопках в тувинской Долине царей, сообщила РИА Томск завлабораторией "Артефакт" Ольга Зайцева.
    1208
  • 06/07/2016

    В Томском политехе разработали агроробота

    Ученые Юргинского технологического института (ЮТИ) Томского политехнического университета вместе со студентами разрабатывают агроробота, который сможет пахать землю, обрабатывать растения от вредителей и косить траву.
    1547
  • 20/03/2018

    Способ активации нанопорошка алюминия, разработанный учеными ТПУ, вошел в 100 лучших изобретений России

    ​Способ активации нанопорошка алюминия путем термического воздействия, разработанный научным коллективом Томского политехнического университета, вошел в число ста лучших изобретений России за 2017 год.
    642
  • 28/06/2016

    3D-технологии завоевывают мир

    ​Вслед за автомобилями с автопилотом на дороги выходят самоуправляемые маршрутки. Первенцем новой концепции стал микроавтобус "Olli", созданный компанией Local Motors в сотрудничестве с IBM.  Как сообщает 3Dtoday, Local Motors наиболее известна в качестве первого производителя 3D-печатных автомобилей, а IBM предоставила необходимое аппаратное и программное обеспечение для интеграции 3D-печатного транспорта в облачный искусственный интеллект IBM Watson.
    1857
  • 03/07/2017

    Абитуриенты Томского госуниверситета создали бота для Telegram, сообщающего результаты ЕГЭ

    ​Абитуриенты Владимир Лебедев и Денис Шарапов подали документы в ТГУ одними из первых. Для поступления они выбрали недавно созданный Институт прикладной математики и компьютерных наук. Такой выбор не был спонтанным - ребята давно уже занимаются программированием, а примерно месяц назад они создали бота для Телеграм, который сообщал о результатах ЕГЭ.
    1204
  • 04/10/2016

    В Airbus Safran Launchers заинтересовались созданным в Томске наноматериалом

    ​Airbus Safran Launchers (совместное предприятие авиакосмического концерна Airbus Group и французской корпорации Safran) заинтересовалась разработанной в Томском госуниверситете технологией получения наноматериала - легкого, как алюминий, и прочного, как сталь, сообщил завлабораторией высокоэнергетических и специальных материалов ВУЗа Александр Ворожцов.
    1414
  • 07/07/2016

    В ТПУ разработали универсальный порошок для дактилоскопии

    ​Универсальный порошок для дактилоскопии разработали в Томском политехническом университете. Авторами идеи стали студенты Энергетического института ТПУ. Основные преимущества новой разработки - получение более четкого следа отпечатка и универсальность.
    1469
  • 02/06/2017

    Алтайский госуниверситет встречает молодых ученых - участников Всероссийского конкурса СНО

    ​1 июня Алтайский государственный университет встречает участников III Всероссийского конкурса студенческих научных обществ и конструкторских бюро, в котором примут участие более 60 студенческих научных объединений со всей России.
    1465
  • 18/01/2019

    Томская апирантка создала IT-программу для картирования загрязненных водоемов

    ​Молодая исследовательница Биологического института ТГУ Владислава Перминова при поддержке программы «УМНИК» Фонда содействия инновациям работает над созданием информационной системы для картирования нефтезагрязненных континентальных водоемов.
    421
  • 07/08/2017

    Магистрант ТПУ будет разрабатывать алгоритмы для работы с большими данными

    ​Абитуриент Томского политехнического университета Алексей Кульневич - выпускник Северного (Арктического) федерального университета имени имени М. В. Ломоносова (г. Архангельск) - стал победителем олимпиады "Прорыв".
    1012