ПНИПУ: впервые системно исследованы акустические сигналы разрушения стеклопластика
Когда человек едет по новому мосту, летит в самолете или видит на горизонте ветряк, он, скорее всего, смотрит на стеклопластик — материал, который в пять раз легче стали, устойчив к коррозии и воздействию химии. Однако при всех достоинствах у него есть слабое место: серьезные повреждения часто развиваются внутри и остаются невидимыми. Услышать их можно, но до сих пор было мало данных о том, как "звучит" каждый конкретный тип дефекта. Ученые Пермского Политеха впервые в России системно исследовали акустические сигналы разрушения стеклопластика и разработали способ имитации внешних дефектов с регистрацией звука. Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Стеклопластик широко применяют в строительстве, авиации, энергетике и транспорте. Из него делают балки и арматуру для мостов, лопасти ветрогенераторов, элементы самолетов и поездов, корпуса лодок и трубы. Его свойства определяются "сэндвичной" структурой: стеклянные волокна несут нагрузку, а полимерная смола связывает их и распределяет напряжения.
Но при ударе, даже незначительном, между слоями может начаться расслоение — внутреннее разрушение связи между волокнами и смолой. Снаружи конструкция выглядит целой, а прочность уже снижается. Выявить такие дефекты сложно: визуальный осмотр неэффективен, а ультразвук, рентген и тепловизоры требуют сложного оборудования и не всегда фиксируют ранние стадии повреждений.
Альтернативой является метод акустической эмиссии — регистрация высокочастотных звуковых импульсов, которые возникают при микротрещинах и расслоении внутри материала. Однако до сих пор не было четких данных о том, какой сигнал соответствует конкретному типу разрушения.
"Мы взяли образцы и начали их системно повреждать, моделируя самые распространенные типы дефектов. С помощью специального оборудования наносили вмятины разной силы и царапины стальным лезвием. В момент воздействия и после него сверхчувствительные датчики фиксировали каждый звук, щелчок и треск, который возникал внутри", — рассказал Дмитрий Лобанов, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ.
После этого образцы растягивали до полного разрушения, продолжая запись сигналов. Это позволило сопоставить тип дефекта и частотный диапазон звука.
"Глухой треск в диапазоне 50–120 кГц означает появление микротрещины в смоле. Отчетливый щелчок на 180–350 кГц говорит о начале опасного расслоения. А резкий сигнал на 400–600 кГц — это уже разрыв несущих волокон, фактически аварийная ситуация", — пояснила Екатерина Чеботарева, младший научный сотрудник Центра экспериментальной механики ПНИПУ.
Полученные данные можно использовать для создания интеллектуальных систем мониторинга. Акустические датчики, установленные на мостах, ветрогенераторах или летательных аппаратах, смогут в реальном времени "слушать" материал, оценивать остаточный ресурс и автоматически предупреждать о риске разрушения. Это позволит выявлять дефекты на ранней стадии и предотвращать аварии.