Скачать статью в pdf.

УДК 620.192.63

DOI: 10.15507/2658-4123.034.202402.265-280

 

Идентификация дефектов изделий из сотовых композиционных материалов методом инфракрасной сканирующей термографии

 

 

Головин Дмитрий Юрьевич
кандидат технических наук, старший научный сотрудник НИИ «Нанотехнологии и наноматериалы» Тамбовского государственного университета имени Г. Р. Державина (392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, д. 33), ORCID: https://orcid.org/0009-0006-8872-2121, Scopus ID: 7004150534, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Дивин Александр Георгиевич
доктор технических наук, профессор кафедры мехатроники и технологических измерений Тамбовского государственного технического университета (392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106), старший научный сотрудник НИИ «Нанотехнологии и наноматериалы» Тамбовского государственного университета имени Г. Р. Державина (392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, д. 33), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7578-0505, Scopus ID: 6506701765, Researcher ID: G-5718-2017, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Самодуров Александр Алексеевич
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НИИ «Нанотехнологии и наноматериалы» Тамбовского государственного университета имени Г. Р. Державина (392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, д. 33), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9600-8140, Scopus ID: 6603455375, Researcher ID: P-7056-2014, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Захаров Юрий Андреевич
аспирант кафедры мехатроники и технологических измерений Тамбовского государственного технического университета (392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106), младший научный сотрудник НИИ «Нанотехнологии и наноматериалы» Тамбовского государственного университета имени Г. Р. Державина (392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, д. 33), ORCID: https://orcid.org/0009-0002-6840-4418, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Тюрин Александр Иванович
кандидат физико-математических наук, директор НИИ «Нанотехнологии и наноматериалы» Тамбовского государственного университета имени Г. Р. Державина (392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, д. 33), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8020-2507, Scopus ID: 57221837737, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Головин Юрий Иванович
доктор физико-математических наук, директор НИИ «Нанотехнологии и наноматериалы» Тамбовского государственного университета имени Г. Р. Державина (392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Интернациональная, д. 33), ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6804-7057, Scopus ID: 7006092259, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. В последнее время получили широкое распространение сендвич-структурированные композиционные материалы на основе сотовых заполнителей в тонкой, но прочной оболочке. К сожалению, для таких материалов характерно образование производственных и эксплуатационных дефектов типа «непроклей» и «отслоение», заключающихся в нарушении связей между обшивкой и сотовым заполнителем, приводящих к ухудшению механических, акустических и тепловых свойств материала.
Цель исследования. Целью статьи является разработка эффективных методов обнаружения дефектов клеевого соединения обшивки с сотовым наполнителем сендвича.
Материалы и методы. В работе описан способ обнаружения дефектов при помощи сканирующей термографии с линейным источником тепла, основанный на вычислении и последующем анализе распределения локальных градиентов температурного поля на поверхности изделия.
Результаты исследования. Проведены эксперименты на модельном полимерном образце с заложенным искусственным дефектом, показаны основные источники возникающих шумов и ошибок контроля, способы снижения их влияния, предложен численный способ оценки точности метода определения дефекта.
Обсуждение и заключение. Проведенные на контрольном образце испытания показали, что доля ошибок при определении дефекта не превышает 12 %.

Ключевые слова: инфракрасная термография, неразрушающий контроль, композиционные материалы, сотовый заполнитель, дефектоскопия, дефект

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование: исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 20-19-00602 с использованием оборудования ЦКП Тамбовского государственного университета имени Г. Р. Державина и ЦКП «Робототехника» Тамбовского государственного технического университета.

Для цитирования: Идентификация дефектов изделий из сотовых композиционных материалов методом инфракрасной сканирующей термографии / Д. Ю. Головин [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2024. Т. 34, № 2. С. 265–280. https://doi.org/10.15507/2658-4123.034.202402.265-280

Заявленный вклад соавторов:
Д. Ю. Головин – научное руководство, формирование структуры статьи, анализ литературных данных, описание способов и техники обработки, редактирование текста, написание выводов по работе.
А. Г. Дивин – анализ литературных данных, описание способов и техники обработки, редактирование текста, написание выводов по работе.
А. А. Самодуров – проведение измерений и расчетов, подготовка исходного текста и иллюстраций.
Ю. А. Захаров – проведение измерений и расчетов, подготовка исходного текста и иллюстраций.
А. И. Тюрин – проведение измерений и расчетов, подготовка исходного текста и иллюстраций.
Ю. И. Головин – научное руководство, формирование структуры статьи, анализ литературных данных, написание выводов по работе.

Поступила в редакцию 29.10.2023; поступила после рецензирования 02.11.2023;
принята к публикации 17.11.2023

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ratcliffe J.G., Czabaj M.W., Jackson W.C. A Model for Simulating the Response of Aluminum Honeycomb Structure to Transverse Loading. 15th US-Japan Conference on Composite Materials Meeting 2012;38–53. Available at: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20120015487/downloads/20120015487.pdf (accessed 06.10.2023).

2. Heimbs S. Virtual Testing of Sandwich Core Structures Using Dynamic Finite Element Simulations. Computational Materials Science. 2009;45(2):205–216. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2008.09.017

3. Giglio M., Manes A., Gilioli A. Investigations on Sandwich Core Properties Through an Experimental-Numerical Approach. Composites Part B: Engineering. 2012;43(2):361–374. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2011.08.016

4. Yang X., Sun Y., Yang J., Pan Q. Out-of-Plane Crashworthiness Analysis of Bio-Inspired Aluminum Honeycomb Patterned with Horseshoe Mesostructure. Thin-Walled Structures. 2018;125:1–11. https://doi.org/10.1016/j.tws.2018.01.014

5. Liu S., Zhang Y., Liu P. New Analytical Model for Heat Transfer Efficiency of Metallic Honeycomb Structures. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2008;51(25–26):6254–6258. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.07.055

6. Hong S.-T., Pan J., Tyan T., Prasad P. Quasi-Static Crush Behavior of Aluminum Honeycomb Specimens under Non-Proportional Compression-Dominant Combined Loads. International Journal of Plasticity. 2006;22(6):1062–1088. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2005.07.003

7. Dharmasena K.P., Wadley H.N.G., Xue Z., Hutchinson J.W. Mechanical Response of Metallic Honeycomb Sandwich Panel Structures to High-Intensity Dynamic Loading. International Journal of Impact Engineering. 2008;35(9):1063–1074. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2007.06.008

8. Côté F., Deshpande V.S., Fleck N.A., Evans A.G. The Out-of-Plane Compressive Behavior of Metallic Honeycombs. Materials Science and Engineering: A. 2004;380(1–2):272–280. https://doi.org/10.1016/j.msea.2004.03.051

9. Rodriguez-Ramirez J.de D., Castanie B., Bouvet C. Experimental and Numerical Analysis of the Shear Nonlinear Behaviour of Nomex Honeycomb Core: Application to Insert Sizing. Composite Structures. 2018;193:121–139. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.03.076

10. Kim G., Sterkenburg R., Tsutsui W. Investigating the Effects of Fluid Intrusion on Nomex® Honeycomb Sandwich Structures with Carbon Fiber Facesheets. Composite Structures. 2018;206:535–549. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.08.054

11. Chen Z., Yan N. Investigation of Elastic Moduli of Kraft Paper Honeycomb Core Sandwich Panels. Composites Part B: Engineering. 2012;43(5):2107–2114. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2012.03.008

12. Abd Kadir N., Aminanda Y., Ibrahim M.S., Mokhtar H. Experimental Study of Low-Velocity Impact on Foam-Filled Kraft Paper Honeycomb Structure. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;290:012082. https://doi.org/10.1088/1757-899X/290/1/012082

13. Toribio M.G., Spearing S.M. Compressive Response of Notched Glass-Fiber Epoxy/Honeycomb Sandwich Panels. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2001;32(6):859–870. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(00)00150-0

14. Shahdin A., Mezeix L., Bouvet C., Morlier J., Gourinat Y. Fabrication and Mechanical Testing of Glass Fiber Entangled Sandwich Beams: A Comparison with Honeycomb and Foam Sandwich Beams. Composite Structures. 2009;90(4):404–412. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2009.04.003

15. Bělský P., Kadlec M. Capability of Non-Destructive Techniques in Evaluating Damage to Composite Sandwich Structures. International Journal of Structural Integrity. 2019;10(3):356–370. https://doi.org/10.1108/IJSI-10-2018-0067

16. Usamentiaga R., Venegas P., Guerediaga J., Vega L., Molleda J., Bulnes F.G. Infrared Thermography for Temperature Measurement and Non-Destructive Testing. Sensors. 2014;14(7):12305–12348. https://doi.org/10.3390/s140712305

17. Golovin Yu.I., Golovin D.Yu., Tyurin A.I. Dynamic Thermography for Technical Diagnostics of Materials and Structures. Russian Metallurgy (Metally). 2021;2021(4):512–527. https://doi.org/10.1134/S0036029521040091

18. Jiao D., Liu Z., Shi W., Xie H. Temperature Fringe Method with Phase-Shift for the 3D Shape Measurement. Optics and Lasers in Engineering. 2019;112:93–102. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2018.09.010

19. Liu Z., Jiao D., Shi W., Xie H. Linear Laser Fast Scanning Thermography NDT for Artificial Disbond Defects in Thermal Barrier Coatings. Optics Express. 2017;25(25):31789–31800. https://doi.org/10.1364/OE.25.031789

20. Jiao D., Shi W., Liu Z., Xie H. Laser Multi-Mode Scanning Thermography Method for Fast Inspection of Micro-Cracks in TBCs Surface. Journal of Nondestructive Evaluation. 2018;37(2):30. https://doi.org/10.1007/s10921-018-0485-1

21. Kaledin V.O., Vyachkina E.A., Vyachkin E.S., Budadin O.N., Kozel’skaya S.O. Applying Ultrasonic Thermotomography and Electric-Loading Thermography for Thermal Characterization of Small-Sized Defects in Complex-Shaped Spatial Composite Structures. Russian Journal of Nondestructive Testing. 2020;56(1):58–69. https://doi.org/10.1134/S1061830920010052

22. Budadin O., Razin A., Aniskovich V., Kozelskaya S., Abramova E. New Approaches to Diagnostics of Quality of Structures from Polymeric Composite Materials under Force and Shock Impact Using the Analysis of Temperature Fields. Journal of Physics: Conference Series. 2020;1636:012022. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1636/1/012022

23. Rellinger T., Underhill P.R., Krause T.W., Wowk D. Combining Eddy Current, Thermography and Laser Scanning to Characterize Low-Velocity Impact Damage in Aerospace Composite Sandwich Panels. NDT and E International. 2021;120:102421. https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2021.102421

24. Khodayar F., Lopez F., Ibarra-Castanedo C., Maldague X. Parameter Optimization of Robotize Line Scan Thermography for CFRP Composite Inspection. Journal of Nondestructive Evaluation. 2018;37(1):5. https://doi.org/10.1007/s10921-017-0459-8

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.