Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» впервые разработали бесконтактный метод контроля внутренних напряжений в композиционных материалах для космической и авиационной техники. Отчет об исследовании опубликован в Journal of Alloys and Compounds, популярно о разработке рассказывает пресс-служба НИТУ «МИСиС».

«Ученые из Центра композиционных материалов НИТУ „МИСиС“ под руководством профессора Сергея Калошкина предложили неконтактный метод контроля внутренних напряжений в полимерных композитах. При помощи нового метода появилась возможность намного эффективнее оценивать степень внутренних повреждений в процессе эксплуатации деталей авиационной техники, нефтепроводов, корабельных корпусов и других промышленных и транспортных объектов», — цитируются слова ректора НИТУ «МИСиС» Алевтины Черниковой.

По словам старшего научного сотрудника Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» Андрея Степашкина, существуют композиционные материалы, внутреннее напряжение в которых после изготовления достигает 95% от предела прочности, и такой материал может треснуть при добавлении напряжения. В углепластиках, стеклопластиках, гибридных композиционных материалах после изготовления нет такого уровня внутренних напряжений. Зато они возникают и накапливаются под действием эксплуатационных нагрузок, внешней среды и погодных факторов, что может приводить к появлению повреждений в материале и снижению его несущей способности. Такие изменения влияют на безопасность эксплуатации, и их необходимо своевременно выявлять.

По мнению авторов разработки, существующие неконтактые методы контроля напряжений в композитных конструкциях -  ультразвуковая, акустическая дефектоскопия, шерография - неудобны, а иногда не могут применяться из-за низкой точности прогноза. Так что важно то, что они не способны оценить материал на стадии «до появления дефекта».

В разработке предлагается использовать для оценки напряженного состояния в композиционном материале аморфных магнитомягких микропроводов диаметром 10-60 мкм. «Провода на стадии изготовления закладываются между слоями углепластика, образуя чувствительную к напряжениям сетку. Напряженное состояние в материале, окружающем микропровод, оказывает влияние на то, как вещество в проводе реагирует на внешнее магнитное поле. Соответственно, эти измерения можно проводить бесконтактно, не требуется подключения чувствительному элементу, не требуется его наклейка, так как он заложен внутрь материала на необходимую глубину еще на стадии изготовления. Важно также то, что можно пользоваться всего одним датчиком в отличие от некоторых применяемых методов дефектоскопии, для проведения которых необходимо выставить аппаратуру по обе стороны изучаемой детали. По сути, данная технология существенно упрощает, ускоряет и удешевляет процесс оценки состояния композита, позволяя не только фиксировать, но и предсказывать появление дефектов бесконтактным способом», - поясняется в сообщении.

На данный момент исследователи отработали способ внедрения магнитомягких проводов в композитный материал, убедились, что свойства композиционного материала от этого не ухудшаются, а также отработали различные режимы измерения. В дальнейших планах разработчиков - разработка на основе лабораторного прибора «полевого» прототипа датчика и измерительной системы. 

«Мы сделали только первый шаг большого пути. Но уже видим конкретное практической применение нашей разработки. К тому же, у неё есть и дополнительные возможности: внедряемая в материал сетка из микропроводов может обеспечивать дополнительно сток статического заряда, возникающего в конструкциях из стеклопластиков. Наши провода вполне могут заменить металлические сетки, которые вставляются в эти материалы сейчас», - отметил Андрей Степашин.

По словам ученых, методикой уже заинтересовались представители космической и авиационной отрасли, а также разработчики композитных материалов.