maplantsМашины и установки: проектирование, разработка и эксплуатацияMachines and Plants: Design and Exploiting2412-592XМОО "Стратегия объединения"maplants-26Research ArticleМАШИНОВЕДЕНИЕMACHINE SCIENCEОбоснование выбора параметров ультразвукового контроля углепластиков для обнаружения расслоений и ударных поврежденийJustification of Selecting Ultrasonic Testing Parameters for Bundle and Impact Damage Detection in Carbon-Fiber ConstructionsГригорьевМ. В.GrigorievM. V.

Moscow

noemail@neicon.ruПрилуцкийМ. А.PrilutskiyM. A.

Moscow

noemail@neicon.ruЩипаковН. А.ShchipakovN. A.

Moscow

shchipak@yandex.ruМГТУ им. Н.Э. БауманаРоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation201517062016055865Copyright © Григорьев М.В., Прилуцкий М.А., Щипаков Н.А., 20162016Григорьев М.В., Прилуцкий М.А., Щипаков Н.А.Grigoriev M.V., Prilutskiy M.A., Shchipakov N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.maplants-journal.ru/jour/article/view/26

Особенности технологии производства и эксплуатации углепластиков определяют характерные только им типы дефектов. Кроме того, структура материала углепластика и его свойства существенно отличаются от структуры и свойств металлических материалов. Поэтому, актуальной задачей является проведение исследований для обоснования выбора параметров ультразвукового контроля таких материалов. Авторами проведены экспериментальные исследования на образцах из углепластика с выполненными искусственными дефектами, имитирующими расслоения различного размера и ударные повреждения, и приведены конкретные рекомендации по контролю качества таких материалов, включая схемы и параметры контроля. DOI: 10.7463/aplts.0515.0813276

Features of manufacturing process and use of carbon fibre-reinforced plastics (CFRP) define specific types of only their defects. Furthermore, the CFRP structure material and its properties considerably differ from those of the metal materials. Therefore, a relevant task is to conduct research to justify the selection of the ultrasonic testing parameters of these materials.

Optimal parameters and recommendations on quality control of such materials were grounded in the course of experimental studies on samples made from the UTR1000-12-400P carbon fabric, based on the T700GC-12K yarn and the T-31 epoxy binder, filled with artificial defects to imitate the bundles of different size and the impact damage.

It is shown that with increasing frequency of the ultrasonic oscillation propagating in the samples there is an increase both in damping and in SNR for artificial defects. In other words, on the one hand, the lower is the oscillation frequency, the less is a damping effect, but, on the other one, the higher is the frequency, the higher is the sensitivity control. It was found that the optimum frequencies for the ultrasonic test of CFRP are those in the vicinity of 5 MHz.

Furthermore, to detect the small-sized defects it is advised to use an ultrasonic beam focus, which can be achieved using phased arrays.

The most optimal method of ultrasonic testing to search for impact damage is a mirrorshadow method, which is based on the measurement of the amplitude of the bottom echo signal. It is shown that the amplitude of the bottom echo signal in defect-free zone is, in average, 14 dB higher than in the area with shock damage.

расслоениеуглепластикультразвуковой контрольударное повреждениеcarbon-fiberultrasonic testingimpact damagebundleReferencesАлешин Н.П., Григорьев М.В., Щипаков Н.А. Современное оборудование и технологии неразрушающего контроля ПКМ // Инженерный вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. №1. С. 533-538. Режим доступа: http://engbul.bmstu.ru/doc/754392.html (дата обращения 28.05.2015).Aleshin N.P., Grigor'ev M.V., Shchipakov N.A. Modern equipment and technologies of nondestructive testing PCM. Inzhenernyi vestnik MGTU im. N.E. Baumana = Engineering Herald of the Bauman MSTU, 2015, no.1, pp.533-538. Available at: http://engbul.bmstu.ru/doc/754392.html, accessed 28.05.2015 (in Russian).Wrobel G., Wierzbicki L., Pawlak S. A method for ultrasonic quality evaluation of glass/polyester composites // Archives of Materials Science and Engineering. vol. 28. iss.12. pp. 729-734.Wrobel G., Wierzbicki L., Pawlak S. A method for ultrasonic quality evaluation of glass/polyester composites. Archives of Materials Science and Engineering, vol. 28, iss.12, pp. 729-734. (in Russian).Мурашов В.В., Мишуров К.С., Сорокин К.В. Оценка прочности углепластиков в монолитных конструкциях при сдвиге и сжатии методами неразрушающего контроля // Контроль. Диагностика. 2011. №10.Murashov V.V., Mishurov K.S., Sorokin K.V. Shear and compression strength evaluation of carbon-fiber reinforced plastics in solid constructions by non-destructive inspection techniques. Kontrol'. Diagnostika = Testing. Diagnostics, 2011, no.10. (in Russian).Мурашов В.В., Генералов А.С., Мишуров К.С. Определение прочностных характеристик полимерных композиционных материалов в монолитных конструкциях ультразвуковым методом // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. №10.Murashov V.V., Generalov A.S., Mishurov K.S. Determining the strength characteristics of polymer composites in monolithic structures by ultrasonic method. Vse Materialy. Entsiklopedicheskii Spravochnik = All of the materials. Encyclopedic reference, 2012, no. 10. (in Russian).МурашовВ.В. Определение пористости углепластиков в авиаконструкциях лазерно-акустическим методом // Авиационная промышленность. 2011. №3.Murashov V.V. Determination of the porosity of carbon plastics in aircraft construction using the laser-acoustic method. Aviatsionnaya promyshlennost' = Aviation Industry, 2011, no.3. (in Russian).ShenQ., Omar M., Dongri S. Ultrasonic NDE Techniques for Impact Damage Inspection on CFRP Laminates // Journal of Materials Science Research. 2012. vol. 1. №1. DOI: 10.5539/jmsr.v1n1p2Shen Q., Omar M., Dongri S. Ultrasonic NDE Techniques for Impact Damage Inspection on CFRP Laminates. Journal of Materials Science Research, 2012, vol. 1, no.1. DOI: 10.5539/jmsr.v1n1p2Мурашов В.В., Манаева З.И. Акустические методы и средства неразрушающего контроля изделий из полимерных композиционных материалов и многослойных клеевых конструкций // Авиационная промышленность. 1982. №8.Murashov V.V., Manaeva Z.I. Acoustic methods and means of nondestructive testing of products made from polymeric composite materials and multilayer adhesive constructions. Aviatsionnaya promyshlennost' = Aviation Industry, 1982, no.8. (in Russian).Мурашов В.В., Румянцев А.Ф. Дефекты монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов и методы их выявления. Часть 2. Методы выявления дефектов монолитных деталей и многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов // Контроль. Диагностика, 2007, №5.Murashov V.V., Rumyantsev A.F. Defects of solid parts and multi-layer constructions made from polymer composite materials and methods for their detection. Part 2. Methods of detection of defects of solid parts and multi-layer constructions made from polymer composite materials. Kontrol'. Diagnostika = Testing. Diagnostics, 2011, no.10. (in Russian).Алёшин Н.П. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений: учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2013. 576 с.Aleshin N.P. Fizicheskie metody nerazrushayushchego kontrolya svarnykh soedinenii [Physical methods of nondestructive control of welded joints]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2013, 576 p. (in Russian).Olympus NDT. Introduction to Phased Array Ultrasonic Detection. USA, Waltham, 2004.Olympus NDT. Introduction to Phased Array Ultrasonic Detection. USA, Waltham, 2004.

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