RU2633288C1 - Diagnostic method of reliability and limited life of multi-layer structures made from composite materials operation - Google Patents

Diagnostic method of reliability and limited life of multi-layer structures made from composite materials operation Download PDF

Info

Publication number
RU2633288C1
RU2633288C1 RU2016126818A RU2016126818A RU2633288C1 RU 2633288 C1 RU2633288 C1 RU 2633288C1 RU 2016126818 A RU2016126818 A RU 2016126818A RU 2016126818 A RU2016126818 A RU 2016126818A RU 2633288 C1 RU2633288 C1 RU 2633288C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
def
bragg gratings
deformation
voltage
Prior art date
Application number
RU2016126818A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Николаевич Будадин
Александр Алексеевич Кульков
Софья Олеговна Козельская
Валерий Олегович Каледин
Original Assignee
Акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения filed Critical Акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения
Priority to RU2016126818A priority Critical patent/RU2633288C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2633288C1 publication Critical patent/RU2633288C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72Investigating presence of flaws

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: method and device, implementing this method includes placing of optical fibers with Bragg gratings layer by layer in the structure layers from polymer composite materials in the manufacturing process. The gratings coordinates of different optical fibers are set one above the other with the error of not more than half of the grating length. The temperature and deformation are measured, the values of the strains on the gratings due to deformation and temperature are determined by solving the systems of equations, describing the corresponding mathematical models. During the product loading process, the deformation values and the temperature are compared with the maximum permissible deformation and temperature. Measure the dependence of the voltage and temperature values on the gratings from the depth of its occurrence in the structure. Measure the difference between the measured and reference dependencies and, based on the comparison, form the conclusion on the structure reliability under the action of power loads and the maximum service life. Based on the results of the temperature measured along the optical fibers, the areas of the stress concentrators position are localized.
EFFECT: increasing the detection reliability of the local reduced strength areas, increasing the result reliability of evaluating the technical and operational status of complex structures and its elements made of composite materials.
6 cl, 9 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежности сложных пространственных конструкций из композитных материалов (КМ), в том числе с металлическими слоями, на основе результатов контроля величины деформации при их нагружении статической или динамической нагрузкой.The invention relates to the field of measuring technology and can be used to assess the reliability of complex spatial structures made of composite materials (CM), including with metal layers, based on the results of monitoring the magnitude of the deformation when they are loaded with a static or dynamic load.

Изобретение может быть использовано для контроля надежности сложных пространственных многослойных конструкций из КМ как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации: пространственных сетчатых конструкций: отсеков космических аппаратов, ракетных двигателей, трубопроводов, герметичных сосудов и т.п.The invention can be used to control the reliability of complex spatial multilayer structures from CM both in the production process and in the operation process: spatial mesh structures: compartments of spacecraft, rocket engines, pipelines, pressurized vessels, etc.

Особенно эффективно применение изобретения при испытании потенциально опасных и дорогих в изготовлении конструкций, к которым, с одной стороны, предъявляются высокие требования по надежности эксплуатации, а с другой стороны, они являются достаточно дорогими и трудоемкими в изготовлении для того, чтобы достаточно большое количество конструкций можно было испытать методами разрушающего контроля, т.е. разрушить. При этом требуется определить потенциально опасные места (узлы конструкции), которые в первую очередь могут разрушиться (вследствие наличия дефектов, пониженной прочности или других причин) при нагрузках, что может привести к авариям и которые возможно необходимо укреплять, не доводя изделие до разрушения спрогнозировать предельный уровень нагрузки, который вызовет разрешение конструкции.Especially effective is the application of the invention in testing potentially hazardous and expensive structures to manufacture, which, on the one hand, have high requirements for reliable operation, and on the other hand, they are quite expensive and time-consuming to manufacture so that a sufficiently large number of structures can was tested using destructive testing methods, i.e. to destroy. In this case, it is necessary to identify potentially dangerous places (structural units) that can primarily collapse (due to defects, reduced strength, or other reasons) under loads, which can lead to accidents and which may need to be strengthened without bringing the product to failure to predict the ultimate load level that will cause structural resolution.

Данное изобретение может быть использовано в конструкциях из полимерных композиционных материалов, изготавливаемых методом намотки, в которых невозможно заложить в материал достаточно большие по размеру датчики состояния, вследствие нарушения прочностных характеристик конструкции.This invention can be used in structures made of polymer composite materials manufactured by the method of winding, in which it is impossible to lay sufficiently large state sensors in the material due to a violation of the strength characteristics of the structure.

Уровень техникиState of the art

Перспективным направлением в современной технике является использование композитных материалов, в т.ч. полимерных композиционных материалов, обладающих рядом преимуществ перед традиционными материалами - металлами, особенно в авиакосмических отраслях техники, машиностроении, энергетики и др. Такие материалы требуют особого подхода, новых решений при разработке и создании методов и средств оценки надежности их эксплуатации. Это вызвано большим разнообразием видов таких материалов, специфическими особенностями конструкций из них и технологией изготовления и случайным изменением физико-механических и прочностных характеристик, большим разнообразием типов дефектов, возникающих в процессе изготовления.A promising direction in modern technology is the use of composite materials, including polymer composite materials, which have several advantages over traditional materials - metals, especially in the aerospace industries, engineering, energy, etc. Such materials require a special approach, new solutions in the development and creation of methods and means of assessing the reliability of their operation. This is due to the wide variety of types of such materials, the specific features of the structures made of them and the manufacturing technology and the random change in the physicomechanical and strength characteristics, a large variety of types of defects that arise during the manufacturing process.

Кроме того, эти материалы в большинстве отраслей промышленности работают в условиях статических и динамических нагрузок.In addition, these materials in most industries operate under static and dynamic loads.

Повысить качество конструкций невозможно без достоверной оценки их надежности. Соответственно невозможна разработка мероприятий и технологий по повышению надежности конструкций. Одним из признаков надежности конструкций является величина деформации конструкции по всему пакету материала при ее нагружении и отсутствие (или) наличие концентраторов напряжений, которые, как правило, образуются в местах пониженной прочности, либо в материале, имеющем нарушения сплошности.Improving the quality of structures is impossible without a reliable assessment of their reliability. Accordingly, it is impossible to develop measures and technologies to improve the reliability of structures. One of the signs of the reliability of structures is the magnitude of the deformation of the structure over the entire package of material when it is loaded and the absence (or) the presence of stress concentrators, which, as a rule, are formed in places of reduced strength, or in a material having continuity violations.

Учитывая, что такие конструкции являются, как правило, достаточно дорогими как в стоимостном выражении, так и в трудоемкости изготовления, необходимо, с одной стороны, каждую конструкцию подвергать испытанию на предмет соответствия ее надежности требуемой, а с другой стороны, эти испытания должны минимально «травмировать» конструкцию при максимальной информативности результатов испытаний.Considering that such designs are, as a rule, quite expensive both in cost terms and in the complexity of manufacturing, it is necessary, on the one hand, to test each design for compliance with its reliability required, and on the other hand, these tests should be minimally “ to injure ”the design with the maximum information content of the test results.

Износ основных фондов и технического оборудования, снижение качества материала и другие подобные причины приводит к снижению надежности эксплуатации конструкций из КМ.Depreciation of fixed assets and technical equipment, a decrease in the quality of the material and other similar causes leads to a decrease in the reliability of operation of structures made of CM.

Например, усталость КМ, особенности технологии их изготовления и т.п. приводят к изменению деформационных характеристик как наружного слоя, так и внутренних слоев, возникновению остаточных внутренних напряжений, которые вызывают нарушение сплошности и, в конечном итоге, приводят к разрушению материала и конструкции. Это явление широко описано в литературе. В последнее время принят ряд программ, направленных на исправление ситуации: модернизация производств, повышение качества материалов и др. Однако полное решение данных задач в настоящее время затруднено, в том числе по финансовым причинам.For example, KM fatigue, features of their manufacturing technology, etc. lead to a change in the deformation characteristics of both the outer layer and the inner layers, the appearance of residual internal stresses that cause discontinuity and, ultimately, lead to the destruction of the material and structure. This phenomenon is widely described in the literature. Recently, a number of programs have been adopted aimed at correcting the situation: modernization of production, improving the quality of materials, etc. However, the full solution of these problems is currently difficult, including for financial reasons.

В этой связи большое значение приобретают неразрушающие методы контроля и диагностики таких конструкций. Они позволяют объективно определять фактическое состояние конструкции, оценить надежность их эксплуатации, не доводя их до разрушения и дать рекомендации по ее ремонту или восстановлению. Кроме того, методы должны позволять контролировать качество конструкции как в процессе ее изготовления в условиях производства, так и в процессе эксплуатации, где на конструкцию действуют реальные силовые нагрузки.In this regard, non-destructive methods for monitoring and diagnosing such structures are of great importance. They allow you to objectively determine the actual state of the structure, evaluate the reliability of their operation, without bringing them to destruction and give recommendations for its repair or restoration. In addition, the methods should make it possible to control the quality of the structure both during its manufacturing under production conditions and during operation, where real power loads act on the structure.

Известен способ определения остаточных напряжений в пластинах (авт. свид. СССР №1543259), согласно которому объект контроля освещают когерентным светом, записывают голограмму поверхности, удаляют часть материала, создают локальную зону деформаций путем точечной нагрузки в зоне перемещений, вызванных удалением материала, записывают голограмму поверхности вторично. Величину и знак остаточных напряжений определяют по числу интерференционных полос и их искажению. Этот способ применим исключительно для плоских деталей, сопряжен с разрушением материала и используется для научных исследований в лабораториях.A known method for determining the residual stresses in the plates (ed. Certificate of the USSR No. 1543259), according to which the control object is illuminated with coherent light, records a hologram of the surface, removes part of the material, creates a local zone of deformations by means of a point load in the zone of displacements caused by material removal, records the hologram surface secondary. The magnitude and sign of the residual stresses is determined by the number of interference fringes and their distortion. This method is applicable exclusively to flat parts, is associated with the destruction of the material and is used for scientific research in laboratories.

Известен способ определения остаточных напряжений по патенту РФ №2032162, согласно которому в испытуемый материал статически вдавливают пирамидальный индентор до образования отпечатка с развивающимися хрупкими трещинами, измеряют усилие и параметры трещины, оценивают топологию трещин, определяют равновесное и эффективное значения вязкости разрушения, а величину остаточных напряжений рассчитывают по известным соотношениям с учетом линейных размеров действительного зерна в покрытии.A known method for determining residual stresses according to RF patent No. 2032162, according to which a pyramidal indenter is statically pressed into the test material until an imprint with developing brittle cracks is formed, stress and crack parameters are measured, crack topology is evaluated, the equilibrium and effective values of fracture toughness are determined, and the value of residual stresses calculated according to known ratios, taking into account the linear dimensions of the actual grain in the coating.

Способ сложен в осуществлении и применим только в лабораторных целях.The method is difficult to implement and is applicable only for laboratory purposes.

Известен также способ неразрушающего контроля физико-механических свойств полимерного материала или конструкции из полимерного материала: патент BY 10472. Он основан на силовом воздействии на материал и анализе реакции материала. Недостаток данного способа аналогичен недостаткам способа по предыдущему патенту.There is also a method of non-destructive testing of the physicomechanical properties of a polymeric material or structure made of a polymeric material: patent BY 10472. It is based on the force acting on the material and analysis of the reaction of the material. The disadvantage of this method is similar to the disadvantages of the method according to the previous patent.

Известен способ теплового контроля остаточных напряжений и дефектов конструкций и реализующая его система (патент РФ №2383009). Известное техническое решение позволяет осуществить тепловой контроль надежности конструкций. Известный способ включает силовое воздействие на контролируемое изделий и регистрацию температурного поля, по анализу которого судят о состоянии, в т.ч. о надежности, изделия. Система включает устройство регистрации термограммы, блок визуализации и устройство обработки.A known method of thermal control of residual stresses and structural defects and the system that implements it (RF patent No. 2383009). Known technical solution allows thermal control of the reliability of structures. The known method includes the force on the controlled products and the registration of the temperature field, the analysis of which is used to judge the state, incl. about reliability, products. The system includes a thermogram recording device, a visualization unit, and a processing device.

Недостаток известного технического решения заключается в следующем.A disadvantage of the known technical solution is as follows.

Способ позволяет определять места концентраторов напряжений путем регистрации температурного поля, возникающего вследствие разрыва внутренних волокон. Однако эта информация не дает полного представления о надежности изделия, поскольку не позволяет оценивать его деформативность как поверхности, так и внутренних слоев.The method allows to determine the location of stress concentrators by recording the temperature field arising from the rupture of the internal fibers. However, this information does not give a complete picture of the reliability of the product, since it does not allow to evaluate its deformability of both the surface and the inner layers.

При этом информация о деформативности внутренних слоев часто является более важной для оценки надежности многослойных изделий из КМ, чем данные по наружному слою. Это связано с тем, что надежность изделий - способность противостоять прикладываемым внутренним и наружным силовым нагрузкам - в большей степени определяется внутренними слоями, в т.ч. их расположением, наличием связующего, технологическими режимами намотки и т.п.Moreover, information on the deformability of the inner layers is often more important for assessing the reliability of multilayer products from CM than the data on the outer layer. This is due to the fact that the reliability of products - the ability to withstand the applied internal and external power loads - is largely determined by the inner layers, including their location, the presence of a binder, technological modes of winding, etc.

Поэтому данное техническое решение применимо только для контроля ограниченной номенклатуры изделий.Therefore, this technical solution is applicable only to control a limited range of products.

Известен способ определения деформации склеенной конструкции из композиционного материала и на основе полученных данных выявление непроклеев в месте их склеивания, достигающийся за счет использования волоконно-оптических брэгговских решеток и информации об отраженном и прошедшем спектре с учетом бриллюэновского рассеивания (заявка США №2008008385).There is a method of determining the deformation of a glued structure made of composite material and, based on the data obtained, the identification of non-glue in the place of gluing, achieved through the use of fiber-optic Bragg gratings and information about the reflected and transmitted spectrum taking into account Brillouin scattering (US application No. 20088008385).

Недостатком данного способа является использование двух регистрирующих спектрометров и отсутствие при вычислениях учета влияний температурных градиентов, так как информация о бриллюэновском рассеивании в оптическом волокне на коротком участке дает возможность регистрировать только интегральную характеристику температуры.The disadvantage of this method is the use of two recording spectrometers and the absence of calculation of the effects of temperature gradients, since the information on Brillouin scattering in an optical fiber in a short section makes it possible to record only the integral temperature characteristic.

Известен способ определения деформации деталей за счет использования волоконно-оптической брэгговской решетки, закрепленной на специальной конструкции, выполненной в виде внешнего тензодатчика для размещения на исследуемых поверхностях (заявка США №20090126501).A known method for determining the deformation of parts through the use of fiber-optic Bragg grating, mounted on a special design made in the form of an external strain gauge for placement on the studied surfaces (application US No. 20090126501).

Недостатком данного способа является невозможность применения его для определения изменения деформации внутри конструкции из композиционного материала.The disadvantage of this method is the inability to use it to determine changes in the deformation inside the structure of the composite material.

Известен способ определения структурных дефектов в композиционном материале за счет прозвучивания акустическими волнами, генерируемыми пьезоэлектрическими преобразователями внутри композита и волоконно-оптическими брэгговскими решетками, регистрирующими акустические волны (заявка США №2008156971).A known method for determining structural defects in a composite material due to sounding by acoustic waves generated by piezoelectric transducers inside the composite and fiber-optic Bragg gratings that register acoustic waves (US application No. 2008156971).

Данный способ предназначен для определения структурных дефектов в композиционном материале, но не предназначен для одновременного определения деформации и температуры композиционного материала.This method is intended to determine structural defects in the composite material, but is not intended to simultaneously determine the deformation and temperature of the composite material.

Известен способ термокомпенсации при определении деформации с использованием одной волоконно-оптической брэгговской решетки, заключающийся в создании специальной конструкции, обеспечивающей передачу механической деформации в отсутствие теплового контакта контролируемой поверхности с волоконно-оптической брэгговской решеткой (патент Канады №2348037).A known method of thermal compensation in determining deformation using a single fiber-optic Bragg grating, which consists in creating a special design that provides transmission of mechanical deformation in the absence of thermal contact of the surface to be monitored with a fiber-optic Bragg grating (Canadian patent No. 2348037).

Недостатком данного способа является невозможность применения его для определения деформации внутри конструкций из композиционного материала.The disadvantage of this method is the inability to use it to determine the strain inside structures made of composite material.

Известен способ определения деформации цилиндрических конструкций за счет использования специальной съемной оболочки с интегрированными волоконно-оптическими брэгговскими решетками. Данный способ позволяет определять деформационно-напряженное состояние конструкции с температурной компенсацией за счет использования дополнительной волоконно-оптической брэгговской решетки для регистрации температуры, находящейся вне зоны воздействия механических деформаций (заявка США №2009052832).A known method for determining the deformation of cylindrical structures through the use of a special removable shell with integrated fiber optic Bragg gratings. This method allows you to determine the deformation-stress state of the structure with temperature compensation by using an additional fiber-optic Bragg grating to record the temperature outside the zone of exposure to mechanical deformation (US application No. 2009052832).

Недостатком данного способа является невозможность его применения внутри конструкций из композиционного материала, имеющих форму, отличную от цилиндрических, и определения внутренних дефектов.The disadvantage of this method is the impossibility of its use inside structures made of composite material having a shape other than cylindrical, and the determination of internal defects.

Известен способ определения формы трубки за счет измерения ее деформации вдоль ее оси путем спиралевидного прохождения оптического волокна с массивом волоконно-оптических брэгговских решеток, позволяющий определять сжатие/растяжение, изгиб, кручение трубки. Данный способ предполагает использование осевых и аксиальных проекций деформаций, зарегистрированных массивом волоконно-оптических брэгговских решеток. Разделение на осевые и аксиальные проекции производится на основе известных углов расположения сенсоров по спирали на трубке (публикация № WO 2009068907).There is a method of determining the shape of a tube by measuring its deformation along its axis by spiraling through an optical fiber with an array of fiber-optic Bragg gratings, which allows one to determine compression / tension, bending, and torsion of the tube. This method involves the use of axial and axial projections of strains recorded by an array of fiber optic Bragg gratings. The separation into axial and axial projections is based on the known angles of the sensors in a spiral direction on the tube (publication No. WO 2009068907).

Данный способ предназначен только для определения формы трубок или других цилиндрических поверхностей и не может быть применен в плоских и сложнопрофильных конструкциях из композиционных материалов. Применяемые расчеты не позволяют дифференцировать наличие температурного градиента в трубке.This method is intended only for determining the shape of tubes or other cylindrical surfaces and cannot be used in flat and complex profiles made of composite materials. The calculations used do not allow differentiating the presence of a temperature gradient in the tube.

Известен способ использования сети из волоконно-оптических брэгговских решеток в приповерхностном слое композиционного материала между двумя секциями усиливающих ребер жесткости для организации сети встроенного контроля конструкций, в том числе авиационных, в процессе изготовления композиционного материала. Данный способ предполагает использование массива брэгговских решеток на двух оптических линиях. Волоконно-оптические брэгговские решетки используются только с двумя периодами. Регистрация деформаций в композиционном материале достигается за счет использования прямой и поперечной линии с брэгговскими решетками таким образом, что отклонение от установленной длины волны брэгговской решетки определяет деформацию, а совместное отклонение брэгговских решеток в месте пересечения волоконных линий определяет местоположение приложенной нагрузки (патент Франции №2865539).A known method of using a network of fiber-optic Bragg gratings in the surface layer of a composite material between two sections of reinforcing stiffeners for organizing a network of built-in structural inspection, including aircraft, in the manufacturing process of composite material. This method involves the use of an array of Bragg gratings on two optical lines. Fiber optic Bragg gratings are used with only two periods. Registration of strains in the composite material is achieved by using a straight and transverse line with Bragg gratings in such a way that the deviation from the set wavelength of the Bragg grating determines the deformation, and the joint deviation of the Bragg gratings at the intersection of the fiber lines determines the location of the applied load (French patent No. 2865539) .

Недостатком данного способа является использование большого числа волоконно-оптических брэгговских решеток, невозможность одновременной регистрации возникновения нескольких нагрузок, тем более распределения нагрузок, отсутствие температурной компенсации, приводящей к ложной регистрации механических деформаций.The disadvantage of this method is the use of a large number of fiber-optic Bragg gratings, the impossibility of simultaneously recording the occurrence of several loads, especially the distribution of loads, the absence of temperature compensation, which leads to false registration of mechanical deformations.

Известен способ решения поставленных задач по заявке США №20090092352.A known method of solving the tasks according to US application No. 20090092352.

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет измерять деформацию конструкции из композиционного материала в процессе эксплуатации, так как не представляется возможным одновременный учет воздействия различных видов нагрузок. Данный способ приводит к ложной регистрации механической деформации в случае возникновения градиента температуры внутри композиционного материала в связи с тем, что оптическое волокно с брэгговской решеткой находится одновременно между несколькими монослоями композиционного материала и имеет большую протяженность. В случае возникновения растягивающих (или сжимающих) деформаций происходит изменение спектрального положения пика, что может быть интерпретировано как ложное температурное воздействие, а в случае одновременного отрицательного температурного воздействия и растягивающей деформации может привести к отсутствию изменений в регистрируемом спектре брэгговской решетки.The disadvantage of this method is that it does not allow to measure the deformation of a structure made of composite material during operation, since it is not possible to simultaneously take into account the effects of various types of loads. This method leads to a false registration of mechanical deformation in the event of a temperature gradient inside the composite material due to the fact that an optical fiber with a Bragg grating is located simultaneously between several monolayers of the composite material and has a large length. In the case of tensile (or compressive) strains, the spectral position of the peak changes, which can be interpreted as a false temperature effect, and in the case of a simultaneous negative temperature effect and tensile strain, it can lead to the absence of changes in the recorded spectrum of the Bragg grating.

Известен способ определения деформативности изделия под действием силовых нагрузок, описанный в патенте на изобретение №2216684. Он включает установку тензометрических датчиков деформации на поверхности контролируемого объекта, измерение величины деформации в течение некоторого времени и по результатам измерений разработку заключения о величине напряженно-деформированного состояния (НДС) объекта контроля и, соответственно, заключения о его надежности эксплуатации.A known method of determining the deformability of the product under the action of power loads, described in the patent for invention No. 2216684. It includes the installation of strain gauge strain gauges on the surface of the controlled object, measurement of the strain for some time and, based on the measurement results, the development of a conclusion on the magnitude of the stress-strain state (VAT) of the control object and, accordingly, a conclusion on its reliability of operation.

Недостатки данного подхода очевидны: деформация определяется только на поверхности контролируемого объекта, что совершенно недостаточно о выработке достоверного заключения многослойного объекта, где каждый слой несет свою специфическую нагрузку по противодействию прикладываемым разрушающим нагрузкам. Закладывать датчики деформации, используемые в настоящее время на практике в многослойные конструкции не всегда возможно, т.к. данные датчики будут являться искусственными внутренними концентраторами напряжения и будут создавать дополнительные опасные очаги разрушения.The disadvantages of this approach are obvious: deformation is determined only on the surface of the controlled object, which is completely insufficient to develop a reliable conclusion of a multilayer object, where each layer carries its own specific load to counteract the applied destructive loads. It is not always possible to lay strain gauges currently used in practice in multilayer structures, because These sensors will be artificial internal voltage concentrators and will create additional dangerous foci of destruction.

Наиболее близким по технической сущности и назначению и принятым за прототип является способ определения деформации конструкции из композиционного материала (КМ) по патенту на изобретение №2427795.The closest in technical essence and purpose and adopted as a prototype is a method for determining the deformation of a structure made of composite material (KM) according to the patent for the invention No. 2427795.

Данное изобретение относится к области диагностики механических свойств конструкций из полимерных и металлополимерных композиционных материалов и может быть использовано для определения деформации конструкций. Согласно способу в процессе изготовления композиционного материала в нем размещают конструкцию оптического волокна с брэгговскими решетками. Измеряют спектральное положение пиков брэгговских решеток после изготовления конструкции из композиционного материала и определяют распределение механических и тепловых деформаций внутри конструкции композиционного материала путем решения соответствующей системы уравнений, описывающих математическую связь между оптическими характеристиками оптических волокон с решетками Брэгга и деформацией изделия.This invention relates to the field of diagnostics of the mechanical properties of structures made of polymer and metal-polymer composite materials and can be used to determine the deformation of structures. According to the method, in the manufacturing process of the composite material, an optical fiber structure with Bragg gratings is placed in it. The spectral position of the peaks of the Bragg gratings is measured after the structure is made of composite material and the distribution of mechanical and thermal strains inside the structure of the composite material is determined by solving the corresponding system of equations describing the mathematical relationship between the optical characteristics of optical fibers with Bragg gratings and the deformation of the product.

Недостаток данного способа заключается в том, что он не обеспечивает диагностику надежности и предельного ресурса эксплуатации многослойных конструкций из композитных материалов.The disadvantage of this method is that it does not provide diagnostics of the reliability and ultimate service life of multilayer structures made of composite materials.

На сегодняшний день имеется актуальная потребность в создании способа и устройства диагностики технического состояния реальных сложных многослойных пространственных конструкций из КМ, в т.ч. их надежности эксплуатации и их предельного ресурса эксплуатации (остаточного ресурса), которые могут применяться на практике в т.ч. для широкого круга объектов с использованием простого и точного оборудования.To date, there is an urgent need to create a method and device for diagnosing the technical condition of real complex multilayer spatial structures from CM, including their reliability of operation and their ultimate service life (residual resource), which can be applied in practice, incl. for a wide range of objects using simple and accurate equipment.

Наиболее значимые результаты появились в последнее десятилетие.The most significant results have appeared in the last decade.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Изобретение направлено на решение задачи повышения достоверности диагностики технического состояния реальных сложных многослойных пространственных конструкций из КМ, в т.ч. их надежности эксплуатации и их предельного ресурса эксплуатации (остаточного ресурса), которые могут применяться на практике в т.ч. для широкого круга объектов с использованием простого и точного оборудования.The invention is aimed at solving the problem of increasing the reliability of diagnostics of the technical condition of real complex multilayer spatial structures from CM, including their reliability of operation and their ultimate service life (residual resource), which can be applied in practice, incl. for a wide range of objects using simple and accurate equipment.

При этом контроль должен осуществляться как в процессе производства, так и в реальных условиях эксплуатации, в т.ч. в условиях нагрузки, определении участков пониженной прочности, дефектных участков (участков, не соответствующих нормативным документам), разработке рекомендаций для устранения дефектов или восстановления конструкции.At the same time, control should be carried out both in the production process and in actual operating conditions, including under load conditions, determining areas of reduced strength, defective areas (areas that do not comply with regulatory documents), developing recommendations for eliminating defects or restoring the structure.

Т.е. в конечном итоге изобретение направлено на повышение безопасности эксплуатации сложных потенциально опасных конструкций, находящихся под непрерывными или циклическими нагрузками (механическими, внутренним давлением и др.).Those. ultimately, the invention is aimed at improving the safety of the operation of complex potentially hazardous structures under continuous or cyclic loads (mechanical, internal pressure, etc.).

Технический результат, достигаемый при использовании заявленной группы, заключается в повышении достоверности обнаружения локальных участков пониженной прочности, повышении достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния сложных конструкций и их элементов из КМ.The technical result achieved by using the claimed group is to increase the reliability of detection of local areas of reduced strength, increase the reliability of the results of assessing the technical and operational status of complex structures and their elements from CM.

Технический результат достигается за счет того, что в способе диагностики надежности и предельного ресурса эксплуатации многослойных конструкций из композитных материалов, включающем размещение в композиционном материале в процессе изготовления оптического волокна с бэгговскими решетками, определение величины механического и температурного воздействия на нее путем измерения спектрального положения пиков брэгговских решеток,The technical result is achieved due to the fact that in the method for diagnosing the reliability and ultimate service life of multilayer structures made of composite materials, including placing in a composite material in the process of manufacturing an optical fiber with Bragg gratings, determining the magnitude of the mechanical and temperature effects on it by measuring the spectral position of the Bragg peaks gratings

перед размещением в композиционном материале оптического волокна с брэгговскими решетками определяют исходное спектральное положение пиков брэгговских решеток,before placing an optical fiber with Bragg gratings in the composite material, the initial spectral position of the peaks of the Bragg gratings is determined,

- оптическое волокно размещают вдоль всей конструкции между монослоями композиционного материала, восприимчивыми к механической деформации,- the optical fiber is placed along the entire structure between the monolayers of the composite material susceptible to mechanical deformation,

- после изготовления конструкции из композиционного материала измеряют спектральное положение пиков брэгговских решеток,- after manufacturing the structure from a composite material, the spectral position of the peaks of the Bragg gratings is measured,

- а затем определяют распределение механических и тепловых деформаций внутри конструкции композиционного материала путем решения системы уравнений, описывающих математическую модель конструкции и функциональных зависимостей, учитывающих значения реальных механических и тепловых деформаций и суммарных деформаций, полученных от смещения пиков брэгговских решеток,- and then determine the distribution of mechanical and thermal strains inside the composite material structure by solving a system of equations describing the mathematical model of the structure and functional dependencies, taking into account the values of real mechanical and thermal strains and total strains obtained from the displacement of the peaks of the Bragg gratings,

- оптические волокна с брэгговскими решетками размещают послойно в слоях конструкции из полимерных композиционных материалов в процессе изготовления и одновременного формирования конструкции и материала изделия в одном технологическом цикле таким образом, чтобы координаты брэгговских решеток разных оптических волокон находились друг над другом с погрешностью не более половины длины:- optical fibers with Bragg gratings are placed layer-by-layer in the structural layers of polymer composite materials during the manufacturing process and the formation of the product structure and material in one technological cycle in such a way that the coordinates of the Bragg gratings of different optical fibers are on top of each other with an error of no more than half the length:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Xij - координата брэгговской решетки,where X ij - coordinate Bragg grating,

δ - половина длины брэгговской решетки,δ is half the length of the Bragg grating,

i=1…n - номер оптического волокна, расположенного в i-м слое,i = 1 ... n is the number of the optical fiber located in the i-th layer,

j=1…k - номер брэгговской решетки на i-м оптическом волокне,j = 1 ... k is the number of the Bragg grating on the i-th optical fiber,

n - количество слоев в конструкции, в которых заложены оптические волокна,n is the number of layers in the structure in which the optical fibers are embedded,

k - количество брэгговских решеток на оптических волокнах,k is the number of Bragg gratings on optical fibers,

- дополнительно к измеряемым на брэгговских решетках в процессе нагружения конструкции величинам деформации Uдеф ов(i,j,t) измеряют температуру Тов(i,j,t), где t - текущее время нагружения конструкции,- in addition to the measured Bragg gratings in the process of loading the design values of strain U DEF s (i, j, t) is measured temperature T s (i, j, t), where t - current time of loading the structure,

- определяют величины напряжений на брэгговских решетках, обусловленных деформацией конструкции вследствие силовых нагрузок Uнапр ов(i,j,t) и вследствие изменения температуры Тнапров(i,j,t), путем решения систем уравнений, описывающих соответствующие математические модели,- determine the magnitude of the stresses on the Bragg gratings due to deformation of the structure due to the power load voltage U s (i, j, t) changes due to temperature and voltage s T (i, j, t), by solving the system of equations describing the corresponding mathematical model,

- в процессе нагружения изделия сравнивают величины деформации Uдеф ов(i,j,t) и температуру Тов(i,j,t) с максимально допустимой величиной деформации слоя контролируемого изделия Uдеф овmax и, соответственно, с максимально допустимой величиной температуры, обусловленной разрывом волокон в местах концентраторов напряжений Товmax,- during loading products compared the amount of deformation U DEF s (i, j, t) and the temperature T s (i, j, t) with a maximum deformation quantity of controlled items U layer DEF ovmax and, accordingly, the maximum permissible temperature value, due to the rupture of the fibers in the places of stress concentrators T o max ,

- при выполнении условия Uдеф ов(i,j,t)>Uдеф овmaxΛ(Тов(i,j,t))>Товmax процесс нагружения изделия прекращают,- when the condition U def ov (i, j, t)> U def ovmax Λ (T ov (i, j, t))> T ovmax the product loading process is stopped,

- измеряют зависимость величины напряжения и температуры на брэгговских решетках от глубины их залегания в конструкции:- measure the dependence of the voltage and temperature on the Bragg gratings on the depth of their occurrence in the structure:

Uнапр ов(i,j,t)=f(hi,j), Voltage U s (i, j, t) = f (h i, j),

Тнапров(i,j,t)=f1(hi,j),T for example (i, j, t) = f 1 (h i, j ),

где hi,j - глубина расположения в контролируемой конструкции j-й брэгговской решетки на i-м оптическом волокне,where h i, j is the depth of the j-th Bragg grating on the i-th optical fiber in the controlled structure

- измеряют разность измеренных зависимостей и эталонных зависимостей и на основании сравнения формируют заключение о надежности функционирования конструкции под действием силовых нагрузок и предельном ресурсе эксплуатации,- measure the difference between the measured dependencies and reference dependencies and, based on the comparison, form a conclusion on the reliability of the structure under the action of power loads and the ultimate service life,

- дополнительно по результатам измерения температуры вдоль заложенных оптических волоконных линий локализуют места расположения концентраторов напряжений.- additionally, according to the results of temperature measurement along the embedded optical fiber lines, the locations of the stress concentrators are localized.

Технический результат усиливается за счет того, что определяют интервал размещения на оптическом волокне брэгговских решеток для регистрации деформации и температурного поля исходя из обнаружения минимальных по размеру деформационных и температурных аномалий с пространственным периодом Δа, определяемым размерами минимальной деформационной и температурной аномалии:The technical result is enhanced due to the fact that they determine the interval of placement of Bragg gratings on the optical fiber to record the strain and temperature field based on the detection of the minimum in size of the deformation and temperature anomalies with a spatial period Δa, determined by the size of the minimum deformation and temperature anomaly:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где Δхдеф min - геометрические размеры минимальной деформационной аномалии,where Δx def min - the geometric dimensions of the minimum deformation anomaly,

Δxт min - геометрические размеры минимальной температурной аномалии, обусловленной наличием внутреннего концентратора напряжения,Δx t min - the geometric dimensions of the minimum temperature anomaly due to the presence of an internal voltage concentrator,

Δадеф - шаг расположения брэгговской решетки для достоверной регистрации участков деформации,Δa def is the location step of the Bragg grating for reliable registration of deformation sections,

Δат - шаг расположения брэгговской решетки для достоверной регистрации участков температуры, обусловленной наличием внутреннего концентратора напряжения,Δa t is the location step of the Bragg grating for reliable registration of temperature areas due to the presence of an internal voltage concentrator,

Δа - общий (единый) шаг брэгговской решетки оптической волоконной линии, закладываемой в контролируемое изделие для измерения деформации и температуры.Δa is the common (single) step of the Bragg grating of an optical fiber line embedded in a controlled product for measuring strain and temperature.

Геометрические размеры минимальной температурной аномалии, обусловленной наличием внутреннего концентратора напряжения Δxт min, определяют следующим образом:The geometric dimensions of the minimum temperature anomaly due to the presence of an internal voltage concentrator Δx t min are determined as follows:

- измеряют размеры всех температурных аномалий, содержащихся на поверхности, выявленных в результате предварительной регистрации температурного поля: Δхт i,- measure the size of all temperature anomalies contained on the surface identified as a result of preliminary registration of the temperature field: Δх t i ,

- определяют размеры минимальной аномалии Δxт min, решая уравнение:- determine the size of the minimum anomaly Δx t min , solving the equation:

Figure 00000004
Figure 00000004

где δ - вероятность того, что (Δxi)≥(ΔxT min),where δ is the probability that (Δx i ) ≥ (Δx T min ),

p(ΔXT i) - функция распределения величин ΔxT i.p (ΔX T i) - function of distribution Δx T i.

Геометрические размеры минимальной деформационной аномалии Δхдеф min определяют следующим образом:The geometric dimensions of the minimum deformation anomaly Δx def min is determined as follows:

- измеряют размеры всех деформационных аномалий, содержащихся на поверхности, выявленных в результате предварительных: Δхдеф i,- measure the dimensions of all deformation anomalies contained on the surface, identified as a result of preliminary: Δx def i ,

- определяют размеры минимальной аномалии Δхдеф min, решая уравнение:- determine the size of the minimum anomaly Δx def min , solving the equation:

Figure 00000005
Figure 00000005

где δ - вероятность того, что (Δxi)≥(Δхдеф min),where δ is the probability that (Δx i ) ≥ (Δx def min ),

р(ΔХдеф i) - функция распределения величин Δхдеф i.p (ΔX def i ) is the distribution function of the quantities Δ x def i .

Оптимальный интервал последовательного измерения τизм в процессе нагружения контролируемого изделия определяют путем решения системы уравнений:The optimal interval for sequential measurement of τ ISM during loading of the controlled product is determined by solving the system of equations:

Figure 00000006
Figure 00000006

где f(Uдеф ов), Uдеф ов - плотность распределения длительности во времени величин (информационного сигнала) Uдеф ов и Uдеф ов, соответственно,where f (U DEF s), U s DEF - density distribution in duration time values (information signal) U s and U DEF DEF s, respectively,

τизм - временной интервал измерения,τ ISM - time interval of measurement,

Рдеф ов и РТ ов - вероятность пропуска величин (информационного сигнала) Uдеф ов и Uдеф ов, соответственно,P def s and P T s - the probability of missing values (information signal) U def s and U def s , respectively,

τ0 - временная разрешающая способность измерительных датчиков,τ 0 - temporal resolution encoders,

η - параметр интегрирования,η is the integration parameter,

τдеф ов - оптимальный временной интервал измерения величины деформации Uдеф ов, DEF τ s - an optimal time interval of the strain amount measuring DEF U s,

τТ ов - оптимальный временной интервал измерения величины деформации Тов.τ T s - the optimal time interval for measuring the magnitude of the strain T s .

Технический результат в части устройства диагностики надежности и предельного ресурса эксплуатации многослойных конструкций из композитных материалов достигается за счет того, что устройство включает размещенные в слоях конструкции из полимерных композитных материалов послойно оптические волокна (5) с брэгговскими решетками (6),The technical result in terms of the reliability diagnostics device and the ultimate service life of multilayer structures made of composite materials is achieved due to the fact that the device includes optical fibers (5) with Bragg gratings (6) placed in the layers of the structure of polymer composite materials

- систему нагружения (2) контролируемого изделия,- loading system (2) of the controlled product,

- блок управления системой нагружения (3),- loading system control unit (3),

- блок измерения деформации (7) вдоль оптических волокон (5) на брэгговских решетках (6),- a strain measurement unit (7) along the optical fibers (5) on the Bragg gratings (6),

- блок регистрации результатов (18),- block recording results (18),

при этом выход блока управления системой нагружения (2) подключен к входу системы нагружения (2) контролируемого изделия,while the output of the control unit of the loading system (2) is connected to the input of the loading system (2) of the controlled product,

- входы блока измерения деформации (7) вдоль оптических волокон (5) на брэгговских решетках (6) подключены к соответствующим выходам оптических волокон (5),- the inputs of the strain measurement unit (7) along the optical fibers (5) on the Bragg gratings (6) are connected to the corresponding outputs of the optical fibers (5),

блок измерения напряжения по величинам деформации (4),a unit for measuring stress by strain values (4),

- оптические волокна (5) с брэгговскими решетками, расположенные между слоями материала,- optical fibers (5) with Bragg gratings located between the layers of material,

- блок измерения температуры (8) на брэгговских решетках,- temperature measuring unit (8) on the Bragg gratings,

- первое и второе пороговые устройства (9, 10),- the first and second threshold devices (9, 10),

- блок измерения напряжения на брэгговских решетках по температуре (11),- unit for measuring voltage on Bragg gratings by temperature (11),

- блок измерения зависимости напряжения от глубины залегания в конструкции Uнапр ов(i,j,t)=f(hi,j) (12),- voltage measurement unit, depending on the depth structure in voltage U s (i, j, t) = f (h i, j) ( 12)

- блок измерения зависимости температуры от глубины залегания Тнапр ов(i,j,t)=f1(hi,j) (13),- a temperature measuring unit depending on the depth of eg T s (i, j, t) = f 1 (h i, j) (13)

- блок базы данных эталонных значений напряжений и и температуры (14),- a database block of the reference values of voltages and and temperatures (14),

- первый и второй сумматоры (15, 16) и- the first and second adders (15, 16) and

- блок формирования заключения о надежности конструкции и предельном ресурсе эксплуатации (17),- a unit for forming a conclusion on the reliability of the design and the ultimate service life (17),

при этом выходы оптических волокон (1) с брэгговскими решетками (6) подключены к соответствующим входам блока (8) измерения температуры на брэгговских решетках (6),the outputs of the optical fibers (1) with Bragg gratings (6) are connected to the corresponding inputs of the temperature measuring unit (8) on the Bragg gratings (6),

- первый выход блока (8) измерения температуры на брэгговских решетках подключен к входу второго порогового устройства (10),- the first output of the temperature measurement unit (8) on the Bragg gratings is connected to the input of the second threshold device (10),

- первый выход блока (7) измерения деформации на брэгговских решетках подключен к входу блока (4) измерения напряжения по величинам деформации,- the first output of the strain measurement block (7) on the Bragg gratings is connected to the input of the voltage measurement block (4) by the strain values,

- выход блока (4) измерения напряжения по величинам деформации подключен к входу блока (12) измерения зависимости напряжения от глубины залегания- the output of the unit (4) for measuring stress by the strain values is connected to the input of the unit (12) for measuring the dependence of stress on the depth

Uнапр ов(i,j,t)=f(hi,j), Voltage U s (i, j, t) = f (h i, j),

- второй выход блока (7) измерения деформации на брэгговских решетках подключен к входу первого порогового устройства (9),- the second output of the strain measurement block (7) on the Bragg gratings is connected to the input of the first threshold device (9),

- первый выход первого порогового устройства (9) и первый выход второго порогового устройства (10) подключены к первому входу блока (3) управления системой нагружения изделия,- the first output of the first threshold device (9) and the first output of the second threshold device (10) are connected to the first input of the unit (3) for controlling the product loading system,

- второй выход первого порогового устройства (9) и второй выход второго порогового устройства (10) подключены к второму входу блока (3) управления системой нагружения изделия,- the second output of the first threshold device (9) and the second output of the second threshold device (10) are connected to the second input of the unit (3) for controlling the product loading system,

- второй выход блока (8) измерения температуры на решетках Брэгга подключен к входу блока (11) измерения напряжения по температуре,- the second output of the temperature measurement unit (8) on the Bragg gratings is connected to the input of the temperature measurement unit (11),

- выход блока (11) измерения напряжения по температуре подключен к входу блока (13) измерения зависимости Тнапр ов(i,j,t)=f1(hi,j),- the output unit (11) for temperature measurement voltage connected to the input unit (13) measuring the voltage dependence of T s (i, j, t) = f 1 (h i, j),

- выход блока (13) измерения зависимости Тнапр ов(i,j,t)=f1(hi,j) подключен к входу первого сумматора (15),- the output unit (13) measuring the voltage dependence of T s (i, j, t) = f 1 (h i, j) is connected to the input of the first adder (15),

- выход блока (12) измерения зависимости Uнапр ов(i,j,t)=f(hi,j) подключен к входу второго сумматора (16),- the output unit (12) depending on the measurement voltage U s (i, j, t) = f (h i, j) is connected to the input of the second adder (16),

- первый и второй выходы блока (14) базы данных эталонных значений напряжений и температуры подключены к вторым входам сумматоров (15) и (16),- the first and second outputs of the block (14) of the database of the reference values of voltages and temperatures are connected to the second inputs of the adders (15) and (16),

- выходы сумматоров (15) и (16) подключены к входам блока (17) формирования заключения о надежности конструкции и предельном ресурсе эксплуатации,- the outputs of the adders (15) and (16) are connected to the inputs of the block (17) of forming a conclusion about the reliability of the design and the ultimate service life,

- а выход блока (17) формирования заключения о надежности конструкции и предельного ресурса эксплуатации подключен к входу блока (18) регистрации результатов.- and the output of the block (17) of the formation of the conclusion on the reliability of the design and the ultimate service life is connected to the input of the block (18) of recording the results.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более понятны из последующего описания со ссылками на позиции чертежей, где на:The invention and the possibility of achieving a technical result will be more clear from the following description with reference to the position of the drawings, where:

фиг. 1 приведена структурная схема устройства,FIG. 1 shows a structural diagram of a device

фиг. 2 приведена фотография процесса изготовления (намотки) изделия из полимерных композиционных материалов,FIG. 2 shows a photograph of the manufacturing process (winding) of a product from polymer composite materials,

фиг. 3 приведена фотография размещения оптических волокон в изделии из полимерных композиционных материалов в процессе его и намотки (изготовления) - оптическое волокно (5) укладывается вдоль волокна, несущего силовую нагрузку,FIG. Figure 3 shows a photograph of the placement of optical fibers in a product made of polymer composite materials during its winding (manufacturing) - the optical fiber (5) is laid along the fiber carrying the power load,

фиг. 4 приведена фотография заявляемого устройства,FIG. 4 shows a photograph of the claimed device,

фиг. 5 приведены, в качестве примера, некоторые результаты измерения на решетках Брэгга,FIG. Figure 5 shows, as an example, some measurement results on Bragg gratings,

фиг. 6 - график расчета надежности конструкции,FIG. 6 is a graph of calculating the reliability of the structure,

фиг. 7 - система нагружения,FIG. 7 - loading system,

фиг 8 - фотография изделия, доведенного до разрушения,Fig 8 is a photograph of the product brought to destruction,

фиг. 9 результаты измерения на брэгговских решетках.FIG. 9 results of measurements on Bragg gratings.

На приведенных чертежах приняты следующие обозначения:In the drawings, the following notation:

1 - контролируемое изделие,1 - controlled product

1-1, 1-2, 1-3, 1-n - 1-й, 2-й, 3-й, n-й слои контролируемого изделия,1-1, 1-2, 1-3, 1-n - 1st, 2nd, 3rd, nth layers of the controlled product,

2 - система нагружения изделия,2 - product loading system,

3 - блок управления системой нагружения изделия,3 - control unit loading system of the product,

4 - блок измерения напряжения по величинам деформации,4 - unit for measuring stress by strain,

5 - оптические волокна между слоями,5 - optical fibers between the layers,

6 - решетки Брэгга на оптических волокнах,6 - Bragg gratings on optical fibers,

7 - блок измерения деформации на решетках Брэгга,7 - a unit for measuring strain on Bragg gratings,

8 - блок измерения температуры на решетках Брэгга,8 - block temperature measurement on the Bragg gratings,

9, 10 - пороговые устройства,9, 10 - threshold devices,

11 - блок измерения напряжения по температуре,11 is a block for measuring voltage by temperature,

12 - блок измерения зависимости Uнапр ов(i,j,t)=f(hi,j),12 - measuring unit depending voltage U s (i, j, t) = f (h i, j),

13 - блок измерения зависимости Тнапр ов(i,j,t)=f1(hi,j),13 - measuring unit depending eg T s (i, j, t) = f 1 (h i, j),

14 - блок базы данных эталонных значений напряжений и температуры,14 is a block database of the reference values of voltages and temperatures,

15, 16 - сумматоры,15, 16 - adders,

17 - блок формирования заключения о надежности конструкции и предельного ресурса эксплуатации,17 - block forming conclusions on the reliability of the design and the ultimate resource of operation,

18 - блок регистрации результатов,18 - block recording results

19 - жгут из нитей, из которых изготавливается изделий,19 - a bundle of threads from which the products are made,

20 - намоточный станок,20 - winding machine,

21 - спиральный слой,21 is a spiral layer,

i=1…n - номер оптического волокна, расположенного в i-м слое,i = 1 ... n is the number of the optical fiber located in the i-th layer,

j=1…k - номер брэгговской решетки на i-м оптическом волокне,j = 1 ... k is the number of the Bragg grating on the i-th optical fiber,

n - количество слоев в конструкции, в которых заложены оптические волокна,n is the number of layers in the structure in which the optical fibers are embedded,

k - количество брэгговских решеток на оптических волокнах,k is the number of Bragg gratings on optical fibers,

Xij - координаты расположения брэгговских решеток,X ij - location coordinates of the Bragg gratings,

δ - погрешность расположения брэгговских решеток на оптическом волокне,δ is the error of the location of the Bragg gratings on the optical fiber,

Uдеф ов(i,j,t) - величина измеряемой деформации,U def s (i, j, t) is the value of the measured strain,

Тов(i,j,t) - величина измеряемой температуры,T s (i, j, t) is the value of the measured temperature,

t - текущее время нагружения конструкции.t is the current load time of the structure.

Предпочтительный вариант осуществления изобретенияPreferred Embodiment

Все используемые электронные блоки построены на основе стандартных микропроцессорных схем и микропроцессорных сборок с перепрограммируемыми запоминающими устройствами, а система управления выключением/включением системы нагружения построена на стандартных релейных системах (см., например, Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебн. пособие для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб: БХВ-Петербург, 2010).All electronic components used are built on the basis of standard microprocessor circuits and microprocessor assemblies with reprogrammable memory devices, and the control system for turning off / on the loading system is built on standard relay systems (see, for example, EP Ugryumov. Digital circuitry: textbook for universities . - 3rd ed., Revised and add. - St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2010).

Реализация способа осуществляется следующим образом.The implementation of the method is as follows.

Оптические волокна (5) с брэгговскими решетками (6) размещают послойно в слоях конструкции (1) из полимерных композиционных материалов (композитных материалов) в процессе ее изготовления и одновременного формирования конструкция и материал изделия из в одном технологическом цикле таким образом, чтобы координаты брэгговских решеток (6) оптических волокон (5) совпадали по местоположению по высоте на различных слоях (1-1, 1-2, … 1-n (находились друг над другом) с погрешностью не более половины длины брэгговской решетки:Optical fibers (5) with Bragg gratings (6) are placed layer-by-layer in the layers of a structure (1) of polymer composite materials (composite materials) during its manufacture and simultaneous formation of the structure and material of the product from in one technological cycle so that the coordinates of the Bragg gratings (6) optical fibers (5) coincided in height location on different layers (1-1, 1-2, ... 1-n (located one above the other) with an error of no more than half the length of the Bragg grating:

Figure 00000007
Figure 00000007

i=1…n - номер оптического волокна, расположенного в i-м слое,i = 1 ... n is the number of the optical fiber located in the i-th layer,

j=1…k - номер брэгговской решетки на i-м оптическом волокне,j = 1 ... k is the number of the Bragg grating on the i-th optical fiber,

n - количество слоев в конструкции, в которых заложены оптические волокна,n is the number of layers in the structure in which the optical fibers are embedded,

k - количество брэгговских решеток на оптических волокнах.k is the number of Bragg gratings on optical fibers.

На фиг. 2 приведена фотография процесса изготовления (намотки) изделия из полимерных композиционных материалов.In FIG. Figure 2 shows a photograph of the manufacturing process (winding) of a product from polymer composite materials.

На фиг. 3 приведена фотография размещения оптических волокон в изделии из полимерных композиционных материалов в процессе его и намотки (изготовления) - оптическое волокно (5) укладывается вдоль волокна, несущего силовую нагрузку.In FIG. Figure 3 shows a photograph of the placement of optical fibers in a product made of polymer composite materials during its winding (manufacturing) - the optical fiber (5) is laid along the fiber that carries the power load.

Дополнительно к измеряемым на брэгговских решетках (6) блоком (7) измерения деформации на решетках Брэгга в процессе нагружения конструкции величинам деформации (Uдеф ов(i,j,t)) измеряют температуру (Тов(i,j,t)) блоком (8) измерения температуры на решетках Брэгга, где t - текущее время нагружения конструкции.In addition to measured on Bragg gratings (6) unit (7) measure strain on the Bragg grating during loading structure deformation values (U DEF s (i, j, t)) measured temperature (T s (i, j, t)) block (8) temperature measurements on the Bragg gratings, where t is the current load time of the structure.

На фиг. 4 приведена фотография заявляемого устройства.In FIG. 4 shows a photograph of the claimed device.

На фиг. 5 приведены, в качестве примера, некоторые результаты измерения на решетках Брэгга.In FIG. Figure 5 shows, as an example, some results of measurements on Bragg gratings.

21 - значения величин деформации (Uдеф ов(i,j,t)) и (Тов(i,j,t)) в течение времени нагружения изделия на различных оптических волокнах (5) и на различных решетках Брэгга (6).21 - the values of the deformation value (U DEF s (i, j, t)) (T s (i, j, t)) for a time of loading the product on different optical fibers (5) and at different Bragg grating (6).

В процессе непрерывной регистрации величин (Uдеф ов(i,j,t)) и (Тов(i,j,t)) производится их сравнение с предельно допустимыми соответствующими предельными значениями для исследуемой конструкции (1) Uдеф овmax и Товmax в пороговых устройствах (9) и (10). На первом и втором выходах пороговых устройств (9) и (10) вырабатываются соответствующие инициативные сигналы (0 или 1), свидетельствующие о превышении текущих значений (Uдеф ов(i,j,t)) и (Тов(i,j,t).During continuous record variables (U DEF s (i, j, t)) (T s (i, j, t)) is made and compared with the maximum permissible relevant limit values for the investigated structure (1) U DEF ovmax and T ovmax in threshold devices (9) and (10). At the first and second outputs of the threshold devices (9) and (10), the corresponding initiative signals (0 or 1) are generated, which indicate the excess of the current values (U def s (i, j, t)) and (T s (i, j, t).

С выходов порогового устройства (9) вырабатываются инициативные сигналы:The outputs of the threshold device (9) generate proactive signals:

Figure 00000008
Figure 00000008

С выходов блока (10) вырабатываются инициативные сигналы:From the outputs of block (10), initiative signals are generated:

Figure 00000009
Figure 00000009

Инициативные сигналы I(Uдеф ов) и I(Тов) поступают на два входа блока (3) управления системой нагружения изделия. При поступлении на вход блока (3) инициативных сигналов I(Uдеф ов) или I(Тов) с выхода блока (3) на вход блока (2) системы нагружения изделия процесс нагружения изделия прекращается во избежание его травмирования или разрушения. Время прекращения нагружения изделия - tmax.Proactive signals I (U DEF s) and I (T s) applied to two inputs of the block (3) Control product loading system. On admission to the input unit (3) of the action signals I (U s DEF) or I (T s) from the output unit (3) on the input unit (2) loading the product loading process system products terminated in order to avoid its injury or destruction. Product loading cessation time - t max .

В процессе нагружения изделия (1) в блоке (4) определяют величины напряжений на брэгговских решетках, обусловленных деформацией конструкции вследствие силовых нагрузок (Uнапр ов(i,j,t)), в блоке (11) определяют величины напряжений на брэгговских решетках вследствие изменения температуры (Тнапров(i,j,t)) путем решения систем уравнений, описывающих соответствующие математические модели.During the loading article (1) in the block (4) determine the value of the stress on the Bragg gratings due to deformation of the structure due to power loads (U eg s (i, j, t)) , a control unit (11) determining the stress value at the Bragg gratings due temperature changes (T ex (i, j, t)) by solving systems of equations describing the corresponding mathematical models.

В блоке (12) измеряют зависимость величины напряжения на брэгговских решетках от их глубины залегания в конструкции:In block (12), the dependence of the voltage on the Bragg gratings on their depth in the structure is measured:

Uнапр ов(i,j,t)=f(hi,j). Voltage U s (i, j, t) = f (h i, j).

В блоке (13) измеряют зависимость величины напряжения на брэгговских решетках от их глубины залегания в конструкции:In block (13), the dependence of the voltage across the Bragg gratings on their depth in the structure is measured:

Тнапр ов(i,j,t)=f1(hi,j), Eg T s (i, j, t) = f 1 (h i, j),

где hi,j - глубина расположения в контролируемой конструкции j-й брэгговской решетки на i-м оптическом волокне.where h i, j is the depth of the j-th Bragg grating on the i-th optical fiber in the controlled structure.

Перед проведением контроля в блоке (14) - базе данных эталонных значений напряжений и температуры - формируются эталонные зависимости напряжений, обусловленных деформацией (Uнапр ов(i,j,t)э) и температурой (Tнапр (i,j,t)э), от глубины залегания (hi,j) брэгговских решеток:Before the control unit (14), - a database reference values of voltage and temperature - forming reference according stresses due to deformation (U eg s (i, j, t) e) and temperature (T eg OB (i, j, t) e ), from the depth (h i, j ) of the Bragg gratings:

Uнапр ов(i,j,t)э=f(hi,j), Voltage U s (i, j, t) e = f (h i, j) ,

Tнапр (i,j,t)э=f1(hi,j).T for example o (i, j, t) e = f 1 (h i, j ).

В сумматорах (15) и (16) осуществляется сравнение сформированных зависимостей напряжений с эталонными значениями:In the adders (15) and (16), the formed stress dependencies are compared with the reference values:

Figure 00000010
Figure 00000010

Далее сигналы с блоков (15) и (16) поступают в блок (17) формирования заключения о надежности конструкции и предельного ресурса эксплуатации, где на основе специальных уравнений, реализующих математические модели производится определение надежности конструкции по отношению к прилагаемым нагрузкам и предельного ресурса эксплуатации.Further, the signals from blocks (15) and (16) are sent to the block (17) to form a conclusion on the reliability of the structure and the ultimate service life, where, on the basis of special equations that implement mathematical models, the reliability of the structure with respect to the applied loads and the maximum service life is determined.

Формирование заключения о надежности эксплуатации контролируемого изделия осуществляется с использованием двух моделей:The conclusion on the reliability of operation of the controlled product is formed using two models:

1. Модель термомеханического деформирования изделия из композиционного материала с накоплением повреждений1. Model of thermomechanical deformation of a composite material product with accumulation of damage

Циклическое (повторно-статическое) деформирование изделия из композиционного материала может быть описано уравнениями равновесия, кинематическими уравнениями сплошной среды, определяющим уравнением термоупругости с учетом накопленной необратимой деформации и накопленных повреждений, а также граничными условиями и начальным условием - отсутствием необратимой деформации.The cyclic (re-static) deformation of a product made of composite material can be described by equilibrium equations, kinematic equations of a continuous medium, which defines the thermoelasticity equation taking into account the accumulated irreversible deformation and accumulated damage, as well as the boundary conditions and the initial condition - the absence of irreversible deformation.

Уравнения равновесия:Equilibrium equations:

divσ+р=0,divσ + p = 0,

где σ - тензор напряжений,where σ is the stress tensor,

р - объемные силы.p - volumetric forces.

В случае высокочастотного циклического нагружения в уравнении равновесия в качестве объемных сил должны быть учтены даламберовские силы инерции:In the case of high-frequency cyclic loading, the d'Alembert inertia forces should be taken into account as bulk forces in the equilibrium equation:

Figure 00000011
Figure 00000011

где ρ - плотность материала,where ρ is the density of the material,

t - время.t is time.

Кинематические уравнения:Kinematic equations:

Figure 00000012
Figure 00000012

где ε - тензор деформаций,where ε is the strain tensor,

u - вектор перемещений,u is the displacement vector,

∇ - дифференциальный оператор Гамильтона.∇ is the Hamilton differential operator.

Граничные условия в перемещениях и напряжениях:Boundary conditions in displacements and stresses:

Figure 00000013
Figure 00000013

где Г1 и Г2 - соответственно закрепленная и нагруженная поверхность,where G 1 and G 2 - respectively, a fixed and loaded surface,

n - единичный вектор нормали,n is the unit normal vector,

u* - заданные перемещения,u * - given displacements,

sn - заданные поверхностные силы.s n - given surface forces.

Определяющее уравнение:The defining equation:

σ=D(χ)(ε-ε0-α⋅ΔT),σ = D (χ) (ε-ε 0 -α⋅ΔT),

где D - матрица упругости,where D is the elasticity matrix,

ε0 - накопленные деформации,ε 0 - accumulated deformations,

α - тензор коэффициентов температурных деформаций,α is the tensor of the coefficients of thermal deformations,

ΔТ - приращение температуры,ΔТ - temperature increment,

χ - параметр повреждения.χ is the damage parameter.

Температура в изделии в процессе испытаний описывается уравнением теплового баланса:The temperature in the product during the test is described by the heat balance equation:

Figure 00000014
Figure 00000014

где а - коэффициент теплопроводности,where a is the coefficient of thermal conductivity,

с - удельная теплоемкость,s is the specific heat

q - интенсивность тепловыделения.q is the heat release intensity.

Граничные условия:Border conditions:

Figure 00000015
Figure 00000015

где n - внешняя нормаль к поверхности,where n is the external normal to the surface,

T - температура окружающей среды,T - ambient temperature,

h - коэффициент конвективного теплообмена.h is the convective heat transfer coefficient.

Интенсивность тепловыделения при необратимой деформации пропорциональна мощности диссипации работы внешних сил.The intensity of heat during irreversible deformation is proportional to the dissipation power of the work of external forces.

Приведенные выше уравнения решаются численно, например, с помощью конечно-элементного анализа. Параметр повреждения и накопленная деформация - это параметры, фиксированные в каждый момент времени, которые уточняются по данным измерений в процессе нагружения.The above equations are solved numerically, for example, using finite element analysis. The damage parameter and the accumulated deformation are parameters fixed at each moment of time, which are refined according to the measurement data during loading.

Параметр повреждения и накопленная деформация являются настроечными параметрами модели. Исходя из проектных параметров расчетным путем могут быть получены коэффициенты чувствительности, равные отношениям приращений вычисленных деформаций к приращениям настроечных параметров.Damage parameter and accumulated deformation are tuning parameters of the model. Based on the design parameters by calculation, sensitivity coefficients equal to the ratios of the increments of the calculated strains to the increments of the tuning parameters can be obtained.

2. Модель измерительной системы2. Measurement system model

Входными переменными модели являются данные о смещении пиков брэгговских решеток. Выходные переменные - деформации оптических волокон. В модели должны быть учтены контролируемые параметры - данные измерения температуры оптических волокон.The input variables of the model are the data on the shift of the peaks of the Bragg gratings. The output variables are optical fiber strains. The model should take into account controlled parameters - temperature measurement data of optical fibers.

Полная деформация в точке, в которой находится брэгговская решетка, определяется равенством:The total deformation at the point where the Bragg grating is located is determined by the equality:

Figure 00000016
Figure 00000016

где k - коэффициент чувствительности датчика,where k is the sensitivity coefficient of the sensor,

λ - длина отраженной волны,λ is the length of the reflected wave,

Δλ - изменение длины отраженной волны при деформации.Δλ is the change in the length of the reflected wave upon deformation.

Оптоволоконные датчики имеют высокую чувствительность к температурным деформациям. В связи с этим из полной деформации необходимо вычесть температурную деформацию:Fiber optic sensors are highly sensitive to thermal deformations. In this regard, from the total deformation, it is necessary to subtract the temperature deformation:

εt=α⋅ΔT,ε t = α⋅ΔT,

которая может быть вычислена решением уравнения теплового баланса с учетом данных измерения температуры на поверхности.which can be calculated by solving the heat balance equation, taking into account the data of temperature measurement on the surface.

Таким образом, в результате измерений в последовательные моменты времени tn получаем вектор измеренных значений (i - индекс решетки Брэгга):Thus, as a result of measurements at successive instants of time t n, we obtain a vector of measured values (i is the Bragg grating index):

Figure 00000017
Figure 00000017

и вектор измеренных температур на поверхности в выбранных точках термограммы (k - индекс точки):and the vector of measured surface temperatures at the selected points of the thermogram (k is the index of the point):

Figure 00000018
Figure 00000018

Модель измерительной системы, рассматриваемая совместно с моделью термомеханического поведения, позволяет определить коэффициенты чувствительности измеряемых параметров к вариации настроечных параметров: повреждения и накопленной деформации.The model of the measuring system, considered together with the model of thermomechanical behavior, allows you to determine the sensitivity coefficients of the measured parameters to the variation of the tuning parameters: damage and accumulated deformation.

Рост деформации (амплитуды деформаций) в процессе испытаний является случайным процессом, который может прогнозироваться по ретроспективным данным. Когда результат прогноза превышает пороговое значение отклонения от нормальных данных, соответствующих проектным параметрам изделия, делается вывод о приближении к предельному состоянию. Момент времени, в который прогнозируемое отклонение достигает предельного значения, является оценкой ресурса изделия.The strain growth (strain amplitude) during the test is a random process that can be predicted from retrospective data. When the forecast result exceeds the threshold deviation from the normal data corresponding to the design parameters of the product, a conclusion is drawn on approaching the limit state. The point in time at which the predicted deviation reaches its limit value is an estimate of the product’s life.

Дополнительно в блоке (17) по результатам измерения температуры вдоль заложенных оптических волоконных линий локализуют места расположения концентраторов напряжений.Additionally, in block (17), according to the results of temperature measurement along the embedded optical fiber lines, the locations of the stress concentrators are localized.

Математическая модель диагностики концентраторов напряжений, с использованием которой осуществлялась работа, описана в статье: Будадин О.Н., Каледин В.О., Кульков А.А., Пичугин А.Н., Нагайцева Н.В. Диагностика качества конструкций из композитных материалов в процессе их силового нагружения по анализу динамических температурных полей. - Контроль. Диагностика, 2014, №7 (193), с. 52-56.The mathematical model for the diagnosis of stress concentrators, with which work was carried out, is described in the article: Budadin O.N., Kaledin V.O., Kulkov A.A., Pichugin A.N., Nagaitseva N.V. Diagnostics of the quality of structures made of composite materials in the process of their force loading by the analysis of dynamic temperature fields. - The control. Diagnostics, 2014, No. 7 (193), p. 52-56.

При проведении контроля большое значение имеет пространственная частота регистрации информации, в т.ч. шаг расположения решеток Брэгга на оптическом волокне.During the control, the spatial frequency of information recording, of which the step of arranging the Bragg gratings on the optical fiber.

Очевидно, что слишком малый шаг, во-первых, создаст при контроле избыточную информацию, снижает быстродействие и может вызвать сбой в работе устройства.Obviously, a too small step, firstly, will create redundant information during monitoring, reduce performance and may cause the device to malfunction.

Поэтому важно определить оптимальный шаг расположения брэгговских решеток, чтобы, с одной стороны, обеспечить требуемую точность позиционирования точек регистрации информации на поверхности объекта, а с другой стороны, необходимое быстродействие работы системы контроля.Therefore, it is important to determine the optimal location step of the Bragg gratings in order to, on the one hand, ensure the required accuracy of positioning of information recording points on the surface of the object, and on the other hand, the necessary speed of the monitoring system.

Для решения этой задачи определяют пространственное разрешение размещения на оптическом волокне решеток Брэгга для регистрации деформации и температурного поля исходя из обнаружения минимальных по размеру деформационных и температурных аномалий с пространственным периодом Δа, определяемым размерами минимальной деформационной и температурной аномалии:To solve this problem, the spatial resolution of the placement of Bragg gratings on the optical fiber to determine the deformation and temperature field is determined based on the detection of the minimum in size deformation and temperature anomalies with a spatial period Δа determined by the sizes of the minimum deformation and temperature anomaly:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где Δхдеф min - геометрические размеры минимальной деформационной аномалии,where Δx def min - the geometric dimensions of the minimum deformation anomaly,

Δxт min - геометрические размеры минимальной температурной аномалии, обусловленной наличием внутреннего концентратора напряжения,Δx t min - the geometric dimensions of the minimum temperature anomaly due to the presence of an internal voltage concentrator,

Δадеф - шаг расположения брэгговской решетки для достоверной регистрации участков деформации,Δa def is the location step of the Bragg grating for reliable registration of deformation sections,

Δат - шаг расположения брэгговской решетки для достоверной регистрации участков температуры, обусловленной наличием внутреннего концентратора напряжения,Δa t is the location step of the Bragg grating for reliable registration of temperature areas due to the presence of an internal voltage concentrator,

Δа - общий (единый) шаг брэгговской решетки оптической волоконной линии, закладываемой в контролируемое изделие для измерения деформации и температуры.Δa is the common (single) step of the Bragg grating of an optical fiber line embedded in a controlled product for measuring strain and temperature.

Геометрические размеры минимальной температурной аномалии, обусловленной наличием внутреннего концентратора напряжения Δхт min, определяют следующим образом:The geometric dimensions of the minimum temperature anomaly due to the presence of an internal voltage concentrator Δx t min are determined as follows:

- измеряют размеры всех температурных аномалий, содержащихся на поверхности, выявленных в результате предварительной регистрации температурного поля: Δхт i,- measure the size of all temperature anomalies contained on the surface identified as a result of preliminary registration of the temperature field: Δх t i ,

- определяют размеры минимальной аномалии Δхт min, решая уравнение:- determine the size of the minimum anomaly Δx t min , solving the equation:

Figure 00000019
Figure 00000019

где δ - вероятность того, что (Δxi)≥(ΔхТ min),where δ is the probability that (Δx i ) ≥ (Δx T min ),

р(ΔXT i) - функция распределения величин ΔxT i.p (ΔX T i ) is the distribution function of the quantities Δx T i .

Геометрические размеры минимальной деформационной аномалии Δхдеф min определяют следующим образом:The geometric dimensions of the minimum deformation anomaly Δx def min is determined as follows:

- измеряют размеры всех деформационных аномалий, содержащихся на поверхности, выявленных в результате предварительных: Δхдеф i,- measure the dimensions of all deformation anomalies contained on the surface, identified as a result of preliminary: Δx def i ,

- определяют размеры минимальной аномалии Δхдеф min, решая уравнение:- determine the size of the minimum anomaly Δx def min , solving the equation:

Figure 00000020
Figure 00000020

где δ - вероятность того, что (Δxi)≥(Δхдеф min),where δ is the probability that (Δx i ) ≥ (Δx def min ),

р(ΔХдеф i) - функция распределения величин Δхдеф i.p (ΔX def i ) is the distribution function of the quantities Δ x def i .

При проведении контроля большое значение имеет временная частота регистрации информации.When conducting monitoring, the temporal frequency of recording information is of great importance.

Очевидно, что слишком малый временной период регистрации, во-первых, создаст при контроле избыточную информацию, снижает быстродействие и может вызвать сбой в работе устройства.Obviously, a too short time period for registration, firstly, will create redundant information during monitoring, reduce performance and may cause the device to malfunction.

Оптимальный интервал последовательного измерения τизм в процессе нагружения контролируемого изделия определяют путем решения системы уравнений:The optimal interval for sequential measurement of τ ISM during loading of the controlled product is determined by solving the system of equations:

Figure 00000021
Figure 00000021

где ƒ(Uдеф ов), Uдеф ов - плотность распределения длительности во времени величин (информационного сигнала) Uдеф ов и Uдеф ов, соответственно,where ƒ (U DEF s), U s DEF - density distribution in duration time values (information signal) U s and U DEF DEF s, respectively,

τизм - временной интервал измерения,τ ISM - time interval of measurement,

Рдеф ов и РТ ов - вероятность пропуска величин (информационного сигнала) Uдеф ов и Uдеф ов, соответственно,P def s and P T s - the probability of missing values (information signal) U def s and U def s , respectively,

τ0 - временная разрешающая способность измерительных датчиков,τ 0 - temporary resolution of the measuring sensors,

η - параметр интегрирования,η is the integration parameter,

τдеф ов - оптимальный временной интервал измерения величины деформации Uдеф ов,τ def ov - the optimal time interval for measuring the magnitude of the strain U def ov ,

τТ ов - оптимальный временной интервал измерения величины деформации Тов.τ T s - the optimal time interval for measuring the magnitude of the strain T s .

Экспериментальные исследования проводились на многослойных конструкциях (баллонах) из полимерных композиционных материалах. Назначение баллонов - сохранение внутреннего давления.Experimental studies were carried out on multilayer structures (cylinders) made of polymer composite materials. The purpose of the cylinders is to maintain internal pressure.

Теоретико-экспериментальные исследования предлагаемого способа и реализующего его устройства проводились на реальном изделии (фиг. 2) из углепластика, изготовленного из угольного волокна методом мокрой намотки. В процессе намотки чередовались тангенциальные и радиальные слои. В процессе намотки осуществлялась укладка оптоволокна с брэгговскими решетками (БР). Оптоволокно укладывалось в соответствии с предлагаемым способом по тангенциальным и радиальным слоям (фиг. 3). На фиг. 3 хорошо виден слой спиральной намотки (21).Theoretical and experimental studies of the proposed method and the device that implements it were carried out on a real product (Fig. 2) made of carbon fiber made from coal fiber by wet winding. In the process of winding, tangential and radial layers alternated. In the process of winding, optical fiber with Bragg gratings (BR) was laid. The optical fiber was laid in accordance with the proposed method along the tangential and radial layers (Fig. 3). In FIG. 3, the spiral winding layer is clearly visible (21).

После завершения намотки изделие прошло этап термообработки и поступило на участок испытаний.After winding, the product passed the heat treatment stage and entered the test site.

Изделие испытывалось на разрыв внутренним давлением.The product was tested for breaking by internal pressure.

Программа испытаний заключалась в следующем:The test program was as follows:

1. Изделие заполнялось водой.1. The product was filled with water.

2. Изделие устанавливалось в испытательной машине (фиг. 7) и нагружалось внутренним давлением от начального давления - Р0.2. The product was installed in a testing machine (Fig. 7) and was loaded with internal pressure from the initial pressure - P 0 .

3. Внутренне давление доводилось до номинального значения (рабочая нагрузка) - Рраб.. Фиксировалось состояние изделия (внешний вид, наличие трещин и т.п.).3. The internal pressure was brought to the nominal value (working load) - P slave. . The condition of the product (appearance, cracks, etc.) was recorded.

4. После этого изделие путем увеличения внутреннего давления доводилось до разрушения (фиг. 8) - Рразр(эксп)=83 МПа.4. After this, the product by increasing internal pressure was brought to failure (Fig. 8) - P bit (exp) = 83 MPa.

5. В процессе нагружения изделия давлением от Р0=0 МПа до Рраб=5 МПа информация о деформации слоев от брэгговских решеток поступала в устройство (фиг. 1, фиг. 8), где осуществлялась обработка информации в соответствии с описанным в предлагаемой заявке способом с использованием описанных математических моделей. На фиг. 5 и фиг. 9 приведены некоторые текущие результаты измерений на различных брэгговских решетках.5. In the process of loading the product with pressure from P 0 = 0 MPa to P slave = 5 MPa, information about the deformation of the layers from the Bragg gratings came into the device (Fig. 1, Fig. 8), where the information was processed in accordance with the description in the proposed application method using the described mathematical models. In FIG. 5 and FIG. Figure 9 shows some current measurements on various Bragg gratings.

В результате обработки данных была определена (спрогнозирована) надежность (предельный ресурс) эксплуатации многослойной конструкции испытываемого изделия из композитного материала. Это величина была выражена в виде предельного давления, которое может выдержать испытываемое изделие - давление разрушения: Рразр(расч)=80 МПа.As a result of data processing, the reliability (ultimate resource) of operation of the multilayer design of the test product made of composite material was determined (predicted). This value was expressed as the ultimate pressure that the product under test can withstand - fracture pressure: P bit (calculation) = 80 MPa.

На фиг. 6 приведены графики экспериментальной и теоретической зависимостей деформации от давления нагружения.In FIG. Figure 6 shows graphs of the experimental and theoretical dependences of the deformation on the loading pressure.

Экспериментально полученное давление разрушение Рразр(эксп)=83 МПа.The experimentally obtained pressure fracture P bit (exp) = 83 MPa.

Погрешность предлагаемого способа диагностики надежности многослойных композитных материалов составляет, для данного экспериментального исследования:The error of the proposed method for diagnosing the reliability of multilayer composite materials is, for this experimental study:

ξ=((Рразр(эксп)разр(эксп)разр(эксп))×100%=3,6%.ξ = ((P bit (exp) -P bit (exp) / P bit (exp) ) × 100% = 3.6%.

Проведенные аналогичные экспериментальные исследования на аналогичных конструкция показали, что погрешность предлагаемого способа лежит в пределах ξ=3…4,2%.Conducted similar experimental studies on a similar design showed that the error of the proposed method lies in the range ξ = 3 ... 4.2%.

Данная погрешность является вполне приемлемой для практического использования предлагаемого метода.This error is quite acceptable for the practical use of the proposed method.

Предлагаемый способ позволяет:The proposed method allows you to:

1. Диагностировать надежность эксплуатации многослойных конструкций из композитных материалов, не доводя до разрушения. Это позволяет экономить как материальные, так и финансовые ресурсы.1. To diagnose the reliability of operation of multilayer structures made of composite materials, not leading to destruction. This allows you to save both material and financial resources.

2. Совершенствовать конструкцию и технологию изготовления многослойных конструкций из композитных материалов, т.к. имеется достоверная информация по внутреннему объему материалов и конструкции.2. To improve the design and manufacturing technology of multilayer structures from composite materials, because reliable information is available on the internal volume of materials and construction.

3. Диагностировать конструкции в полевых условиях при воздействии природных разрушающих факторов и своевременно сообщать о возникновении нештатных (опасных) ситуациях и т.п.3. Diagnose structures in the field under the influence of natural destructive factors and timely report the occurrence of emergency (dangerous) situations, etc.

Claims (92)

1. Способ диагностики надежности и предельного ресурса эксплуатации многослойных конструкций из композитных материалов, включающий1. A method for diagnosing the reliability and ultimate service life of multilayer structures made of composite materials, including - размещение в композиционном материале в процессе изготовления оптического волокна с брэгговскими решетками,- placement in a composite material in the process of manufacturing an optical fiber with Bragg gratings, - определение величины механического и температурного воздействия на нее путем измерения спектрального положения пиков брэгговских решеток,- determining the magnitude of the mechanical and temperature effects on it by measuring the spectral position of the peaks of the Bragg gratings, при этом перед размещением в композиционном материале оптического волокна с брэгговскими решетками определяют исходное спектральное положение пиков брэгговских решеток,in this case, before placing an optical fiber with Bragg gratings in the composite material, the initial spectral position of the peaks of the Bragg gratings is determined, - оптическое волокно размещают вдоль всей конструкции между монослоями композиционного материала, восприимчивыми к механической деформации,- the optical fiber is placed along the entire structure between the monolayers of the composite material susceptible to mechanical deformation, - после изготовления конструкции из композиционного материала измеряют спектральное положение пиков брэгговских решеток,- after manufacturing the structure from a composite material, the spectral position of the peaks of the Bragg gratings is measured, - а затем определяют распределение механических и тепловых деформаций внутри конструкции композиционного материала путем решения системы уравнений, описывающих математическую модель конструкции и функциональных зависимостей, учитывающих значения реальных механических и тепловых деформаций и суммарных деформаций, полученных от смещения пиков брэгговских решеток,- and then determine the distribution of mechanical and thermal strains inside the composite material structure by solving a system of equations describing the mathematical model of the structure and functional dependencies, taking into account the values of real mechanical and thermal strains and total strains obtained from the displacement of the peaks of the Bragg gratings, - оптические волокна с брэгговскими решетками размещают послойно в слоях конструкции из полимерных композиционных материалов в процессе изготовления и одновременного формирования конструкции и материала изделия в одном технологическом цикле таким образом, чтобы координаты брэгговских решеток разных оптических волокон находились друг над другом с погрешностью не более половины длины:- optical fibers with Bragg gratings are placed layer-by-layer in the structural layers of polymer composite materials during the manufacturing process and the formation of the product structure and material in one technological cycle in such a way that the coordinates of the Bragg gratings of different optical fibers are on top of each other with an error of no more than half the length: Xij∈(Xij±δ),X ij ∈ (X ij ± δ), где Xij - координата брэгговской решетки,where X ij is the coordinate of the Bragg lattice, δ - половина длины брэгговской решетки,δ is half the length of the Bragg grating, i=1…n - номер оптического волокна, расположенного в i-м слое,i = 1 ... n is the number of the optical fiber located in the i-th layer, j=1…k - номер брэгговской решетки на i-м оптическом волокне,j = 1 ... k is the number of the Bragg grating on the i-th optical fiber, n - количество слоев в конструкции, в которых заложены оптические волокна,n is the number of layers in the structure in which the optical fibers are embedded, k - количество брэгговских решеток на оптических волокнах,k is the number of Bragg gratings on optical fibers, - дополнительно к измеряемым на брэгговских решетках в процессе нагружения конструкции величинам деформации Uдеф ов(i,j,t) измеряют температуру Тов(i,j,t), где t - текущее время нагружения конструкции,- in addition to the measured Bragg gratings in the process of loading the design values of strain U DEF s (i, j, t) is measured temperature T s (i, j, t), where t - current time of loading the structure, - определяют величины напряжений на брэгговских решетках, обусловленных деформацией конструкции вследствие силовых нагрузок Uнапр ов(i,j,t) и вследствие изменения температуры Tнапр ов(i,j,t), путем решения систем уравнений, описывающих соответствующие математические модели,- determine the magnitude of the stresses on the Bragg gratings due to deformation of the structure due to the power load voltage U s (i, j, t) and T the temperature changes due to voltage s (i, j, t), by solving the system of equations describing the corresponding mathematical model, - в процессе нагружения изделия сравнивают величины деформации Uдеф ов(i,j,t) и температуру Тов(i,j,t) с максимально допустимой величиной деформации слоя контролируемого изделия Uдеф овmax и, соответственно, с максимально допустимой величиной температуры, обусловленной разрывом волокон в местах концентраторов напряжений Товmax,- during loading products compared the amount of deformation U DEF s (i, j, t) and the temperature T s (i, j, t) with a maximum deformation quantity of controlled items U layer DEF ovmax and, accordingly, the maximum permissible temperature value, due to the rupture of the fibers in the places of stress concentrators T o max , - при выполнении условия Uдеф ов(i,j,t)>Uдеф овmaxΛ(Тов(i,j,t))>Товmax процесс нагружения изделия прекращают,- when the condition U def ov (i, j, t)> U def ovmax Λ (T ov (i, j, t))> T ovmax the product loading process is stopped, - измеряют зависимость величины напряжения и температуры на брэгговских решетках от глубины их залегания в конструкции:- measure the dependence of the voltage and temperature on the Bragg gratings on the depth of their occurrence in the structure: Uнапр ов(i,j,t)=f(hi,j), Voltage U s (i, j, t) = f (h i, j), Тнапр ов(i,j,t)=f1(hi,j), Eg T s (i, j, t) = f 1 (h i, j), где hi,j - глубина расположения в контролируемой конструкции j-й брэгговской решетки на i-м оптическом волокне,where h i, j is the depth of the j-th Bragg grating on the i-th optical fiber in the controlled structure - измеряют разность измеренных зависимостей и эталонных зависимостей и на основании сравнения формируют заключение о надежности функционирования конструкции под действием силовых нагрузок и предельном ресурсе эксплуатации,- measure the difference between the measured dependencies and reference dependencies and, based on the comparison, form a conclusion on the reliability of the structure under the action of power loads and the ultimate service life, - дополнительно по результатам измерения температуры вдоль заложенных оптических волоконных линий локализуют места расположения концентраторов напряжений.- additionally, according to the results of temperature measurement along the embedded optical fiber lines, the locations of the stress concentrators are localized. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что2. The method according to p. 1, characterized in that определяют интервал размещения на оптическом волокне брэгговских решеток для регистрации деформации и температурного поля исходя из обнаружения минимальных по размеру деформационных и температурных аномалий с пространственным периодом Δa, определяемым размерами минимальной деформационной и температурной аномалии:determine the interval of placement of Bragg gratings on the optical fiber to record the deformation and temperature field based on the detection of the minimum in size deformation and temperature anomalies with a spatial period Δa determined by the size of the minimum deformation and temperature anomaly:
Figure 00000022
Figure 00000022
Figure 00000023
Figure 00000023
где Δxдеф min - геометрические размеры минимальной деформационной аномалии,where Δx def min - the geometric dimensions of the minimum deformation anomaly, Δxт min - геометрические размеры минимальной температурной аномалии, обусловленной наличием внутреннего концентратора напряжения,Δx t min - the geometric dimensions of the minimum temperature anomaly due to the presence of an internal voltage concentrator, Δадеф - шаг расположения брэгговской решетки для достоверной регистрации участков деформации,Δa def is the location step of the Bragg grating for reliable registration of deformation sections, Δат - шаг расположения брэгговской решетки для достоверной регистрации участков температуры, обусловленной наличием внутреннего концентратора напряжения,Δa t is the location step of the Bragg grating for reliable registration of temperature areas due to the presence of an internal voltage concentrator, Δа - общий (единый) шаг брэгговской решетки оптической волоконной линии, закладываемой в контролируемое изделие для измерения деформации и температуры.Δa is the common (single) step of the Bragg grating of an optical fiber line embedded in a controlled product for measuring strain and temperature. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что3. The method according to p. 1, characterized in that геометрические размеры минимальной температурной аномалии, обусловленной наличием внутреннего концентратора напряжения Δxт min, определяют следующим образом:the geometric dimensions of the minimum temperature anomaly due to the presence of an internal voltage concentrator Δx t min are determined as follows: - измеряют размеры всех температурных аномалий, содержащихся на поверхности, выявленных в результате предварительной регистрации температурного поля: Δхт i,- measure the size of all temperature anomalies contained on the surface identified as a result of preliminary registration of the temperature field: Δх t i , - определяют размеры минимальной аномалии Δxт min, решая уравнение:- determine the size of the minimum anomaly Δx t min , solving the equation:
Figure 00000024
Figure 00000024
где δ - вероятность того, что (Δxi)≥(ΔxT min),where δ is the probability that (Δx i ) ≥ (Δx T min ), p(ΔXT i) - функция распределения величин ΔxT i.p (ΔX T i) - function of distribution Δx T i. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что4. The method according to p. 1, characterized in that геометрические размеры минимальной деформационной аномалии Δxдеф min определяют следующим образом:the geometric dimensions of the minimum deformation anomaly Δx def min is determined as follows: - измеряют размеры всех деформационных аномалий, содержащихся на поверхности, выявленных в результате предварительных: Δxдеф i,- measure the dimensions of all deformation anomalies contained on the surface, identified as a result of preliminary: Δx def i , - определяют размеры минимальной аномалии Δxдеф min, решая уравнение:- determine the size of the minimum anomaly Δx def min , solving the equation:
Figure 00000025
Figure 00000025
где δ - вероятность того, что (Δxi)≥(Δxдеф min),where δ is the probability that (Δx i ) ≥ (Δx def min ), p(ΔXдеф i) - функция распределения величин Δxдеф i.p (ΔX def i ) is the distribution function of the quantities Δx def i . 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что5. The method according to p. 1, characterized in that оптимальный интервал последовательного измерения τизм в процессе нагружения контролируемого изделия определяют путем решения системы уравнений:the optimal interval for sequential measurement of τ ISM during loading of the controlled product is determined by solving a system of equations:
Figure 00000026
Figure 00000026
где f(Uдеф ов), Uдеф ов - плотность распределения длительности во времени величин (информационного сигнала) Uдеф ов и Uдеф ов, соответственно,where f (U DEF s), U s DEF - density distribution in duration time values (information signal) U s and U DEF DEF s, respectively, τизм - временной интервал измерения,τ ISM - time interval of measurement, Рдеф ов и РТ ов - вероятность пропуска величин (информационного сигнала) Uдеф ов и Uдеф ов, соответственно,P def s and P T s - the probability of missing values (information signal) U def s and U def s , respectively, τ0 - временная разрешающая способность измерительных датчиков,τ 0 - temporal resolution encoders, η - параметр интегрирования,η is the integration parameter, τдеф ов - оптимальный временной интервал измерения величины деформации Uдеф ов, DEF τ s - an optimal time interval of the strain amount measuring DEF U s, τТ ов - оптимальный временной интервал измерения величины деформации Тов.τ T s - the optimal time interval for measuring the magnitude of the strain T s . 6. Устройство диагностики надежности и предельного ресурса эксплуатации многослойных конструкций из композитных материалов, включающее6. Diagnostic device for reliability and ultimate service life of multilayer structures made of composite materials, including - размещенные в слоях конструкции из полимерных композитных материалов послойно оптические волокна (1) с брэгговскими решетками (6),- layer-by-layer optical fibers (1) with Bragg gratings (6) placed in the layers of the structure of polymer composite materials - систему нагружения (2) контролируемого изделия,- loading system (2) of the controlled product, - блок управления системой нагружения (3),- loading system control unit (3), - блок измерения деформации (7) вдоль оптических волокон (5) на брэгговских решетках (6),- a strain measurement unit (7) along the optical fibers (5) on the Bragg gratings (6), - блок регистрации результатов (18),- block recording results (18), при этом выход блока управления системой нагружения (2) подключен к входу системы нагружения (2) контролируемого изделия,while the output of the control unit of the loading system (2) is connected to the input of the loading system (2) of the controlled product, - входы блока измерения деформации (7) вдоль оптических волокон (5) на брэгговских решетках (6) подключены к соответствующим выходам оптических волокон (5),- the inputs of the strain measurement unit (7) along the optical fibers (5) on the Bragg gratings (6) are connected to the corresponding outputs of the optical fibers (5), отличающееся тем, что в него введены:characterized in that it includes: блок измерения напряжения по величинам деформации (4),a unit for measuring stress by strain values (4), - оптические волокна (5) с брэгговскими решетками, расположенные между слоями материала,- optical fibers (5) with Bragg gratings located between the layers of material, - блок измерения температуры (8) на брэгговских решетках,- temperature measuring unit (8) on the Bragg gratings, - первое и второе пороговые устройства (9, 10),- the first and second threshold devices (9, 10), - блок измерения напряжения на брэгговских решетках по температуре (11),- unit for measuring voltage on Bragg gratings by temperature (11), - блок измерения зависимости напряжения от глубины залегания в конструкции Uнапр ов(i,j,t)=f(hi,j) (12),- voltage measurement unit, depending on the depth structure in voltage U s (i, j, t) = f (h i, j) ( 12) - блок измерения зависимости температуры от глубины залегания Тнапр ов(i,j,t)=f1(hi,j) (13),- a temperature measuring unit depending on the depth of eg T s (i, j, t) = f 1 (h i, j) (13) - блок базы данных эталонных значений напряжений и температуры (14),- a database block of the reference values of voltages and temperatures (14), - первый и второй сумматоры (15, 16) и- the first and second adders (15, 16) and - блок формирования заключения о надежности конструкции и предельном ресурсе эксплуатации (17),- a unit for forming a conclusion on the reliability of the design and the ultimate service life (17), при этомwherein - выходы оптических волокон (1) с брэгговскими решетками (6) подключены к соответствующим входам блока (8) измерения температуры на брэгговских решетках (6),- the outputs of the optical fibers (1) with Bragg gratings (6) are connected to the corresponding inputs of the temperature measuring unit (8) on the Bragg gratings (6), - первый выход блока (8) измерения температуры на брэгговских решетках подключен к входу второго порогового устройства (10),- the first output of the temperature measurement unit (8) on the Bragg gratings is connected to the input of the second threshold device (10), - первый выход блока (7) измерения деформации на брэгговских решетках подключен к входу блока (4) измерения напряжения по величинам деформации,- the first output of the strain measurement block (7) on the Bragg gratings is connected to the input of the voltage measurement block (4) by the strain values, - выход блока (4) измерения напряжения по величинам деформации подключен к входу блока (12) измерения зависимости напряжения от глубины залегания Uнапр ов(i,j,t)=f(hi,j),- the output unit (4) for measuring the strain amount of voltage is connected to the input unit (12) measuring the voltage depending on the depth of occurrence of voltage U s (i, j, t) = f (h i, j), - второй выход блока (7) измерения деформации на брэгговских решетках подключен к входу первого порогового устройства (9),- the second output of the strain measurement block (7) on the Bragg gratings is connected to the input of the first threshold device (9), - первый выход первого порогового устройства (9) и первый выход второго порогового устройства (10) подключены к первому входу блока (3) управления системой нагружения изделия,- the first output of the first threshold device (9) and the first output of the second threshold device (10) are connected to the first input of the unit (3) for controlling the product loading system, - второй выход первого порогового устройства (9) и второй выход второго порогового устройства (10) подключены к второму входу блока (3) управления системой нагружения изделия,- the second output of the first threshold device (9) and the second output of the second threshold device (10) are connected to the second input of the unit (3) for controlling the product loading system, - второй выход блока (8) измерения температуры на решетках Брэгга подключен к входу блока (11) измерения напряжения по температуре,- the second output of the temperature measurement unit (8) on the Bragg gratings is connected to the input of the temperature measurement unit (11), - выход блока (11) измерения напряжения по температуре подключен к входу блока (13) измерения зависимости Тнапр ов(i,j,t)=f1(hi,j),- the output unit (11) for temperature measurement voltage connected to the input unit (13) measuring the voltage dependence of T s (i, j, t) = f 1 (h i, j), - выход блока (13) измерения зависимости Тнапр ов(i,j,t)=f1(hi,j) подключен к входу первого сумматора (15),- the output unit (13) measuring the voltage dependence of T s (i, j, t) = f 1 (h i, j) is connected to the input of the first adder (15), - выход блока (12) измерения зависимости Uнапр ов(i,j,t)=f(hi,j) подключен к входу второго сумматора (16),- the output unit (12) depending on the measurement voltage U s (i, j, t) = f (h i, j) is connected to the input of the second adder (16), - первый и второй выходы блока (14) базы данных эталонных значений напряжений и температуры подключены к вторым входам сумматоров (15) и (16),- the first and second outputs of the block (14) of the database of the reference values of voltages and temperatures are connected to the second inputs of the adders (15) and (16), - выходы сумматоров (15) и (16) подключены к входам блока (17) формирования заключения о надежности конструкции и предельном ресурсе эксплуатации,- the outputs of the adders (15) and (16) are connected to the inputs of the block (17) of forming a conclusion about the reliability of the design and the ultimate service life, - а выход блока (17) формирования заключения о надежности конструкции и предельного ресурса эксплуатации подключен к входу блока (18) регистрации результатов.- and the output of the block (17) of the formation of the conclusion on the reliability of the design and the ultimate service life is connected to the input of the block (18) of recording the results.
RU2016126818A 2016-07-04 2016-07-04 Diagnostic method of reliability and limited life of multi-layer structures made from composite materials operation RU2633288C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126818A RU2633288C1 (en) 2016-07-04 2016-07-04 Diagnostic method of reliability and limited life of multi-layer structures made from composite materials operation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126818A RU2633288C1 (en) 2016-07-04 2016-07-04 Diagnostic method of reliability and limited life of multi-layer structures made from composite materials operation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2633288C1 true RU2633288C1 (en) 2017-10-11

Family

ID=60129236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016126818A RU2633288C1 (en) 2016-07-04 2016-07-04 Diagnostic method of reliability and limited life of multi-layer structures made from composite materials operation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2633288C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2763987C1 (en) * 2021-03-24 2022-01-12 Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) Device for infrared thermography of polymer composite materials in a constant magnetic field environment
RU2775454C1 (en) * 2021-07-29 2022-07-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Method for optical safety control of operation of structures made of polymer and metal-polymer composite materials

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4752140A (en) * 1983-12-02 1988-06-21 Canadian Patents And Development Limited/Societe Canadienne Des Brevets Et D'exploitation Limitee Pulsed dilatometric method and device for the detection of delaminations
RU2251098C1 (en) * 2003-11-17 2005-04-27 Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) Method of contact-free nondestructive testing of thermal- physical properties of materials
RU2309392C1 (en) * 2006-02-15 2007-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method of control of characteristics of composition material
RU2549549C1 (en) * 2014-03-26 2015-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for contactless determination of heat diffusivity of solid bodies

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4752140A (en) * 1983-12-02 1988-06-21 Canadian Patents And Development Limited/Societe Canadienne Des Brevets Et D'exploitation Limitee Pulsed dilatometric method and device for the detection of delaminations
RU2251098C1 (en) * 2003-11-17 2005-04-27 Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ) Method of contact-free nondestructive testing of thermal- physical properties of materials
RU2309392C1 (en) * 2006-02-15 2007-10-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method of control of characteristics of composition material
RU2549549C1 (en) * 2014-03-26 2015-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Device for contactless determination of heat diffusivity of solid bodies

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2763987C1 (en) * 2021-03-24 2022-01-12 Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) Device for infrared thermography of polymer composite materials in a constant magnetic field environment
RU2775454C1 (en) * 2021-07-29 2022-07-01 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Method for optical safety control of operation of structures made of polymer and metal-polymer composite materials
RU2793298C1 (en) * 2021-12-30 2023-03-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Method for non-destructive quality control of the design and resource of an automotive gas cylinder made of polymer composite materials and a device for its implementation
RU2794868C1 (en) * 2022-07-29 2023-04-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Method for making a sample from ice with embedded optic sensors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Alokita et al. Recent advances and trends in structural health monitoring
Silva-Muñoz et al. Structural health monitoring of marine composite structural joints using embedded fiber Bragg grating strain sensors
Grassia et al. Strain based method for monitoring the health state of composite structures
RU2506575C1 (en) Method of thermal monitoring of reliability of structures from polymer composite materials by analysis of internal stresses and device for its realisation
Jiang et al. Global and local fiber optic sensors for health monitoring of civil engineering infrastructure retrofit with FRP materials
Lobanov et al. Studying the development of a technological defect in complex stressed construction CFRP using digital image correlation and acoustic emission methods
Milanoski et al. A strain-based health indicator for the SHM of skin-to-stringer disbond growth of composite stiffened panels in fatigue
Chang et al. A potential link from damage diagnostics to health prognostics of composites through built-in sensors
Rao et al. Structural health monitoring (SHM) using strain gauges, PVDF film and fiber bragg grating (FBG) sensors: A comparative study
Pan et al. Vibration-based detection of skin-stiffener debonding on composite stiffened panels using surrogate-assisted algorithms
RU2633288C1 (en) Diagnostic method of reliability and limited life of multi-layer structures made from composite materials operation
Khalili et al. Different Bayesian methods for updating the fatigue crack size distribution in a tubular joint
Paiva Modern Experimental Techniques with an Emphasis on Infrared Thermography to the Assessment of Fatigue Components with Dents
RU2786976C1 (en) Method for controlling the design of a pressure cylinder made of a polymer composite material with a metal liner and a device for its implementation
Hernández-Moreno et al. Entire life time monitoring of filament wound composite cylinders using Bragg grating sensors: III. In-service external pressure loading
Gąsior et al. High pressure composite vessel with integrated optical fiber sensors: monitoring of manufacturing process and operation
Sundaram et al. Structural health monitoring of co-cured composite structures using FBG sensors
RU2793298C1 (en) Method for non-destructive quality control of the design and resource of an automotive gas cylinder made of polymer composite materials and a device for its implementation
RU2793297C1 (en) Method for opto-thermal control of internal deformations of a structure made of a polymer composite material and a device for its implementation
Chou Damage analysis of composite pressure vessels using acoustic emission monitoring
Ghandehari et al. Bond-induced longitudinal fracture in reinforced concrete
RU2775454C1 (en) Method for optical safety control of operation of structures made of polymer and metal-polymer composite materials
Moczko et al. Thermo-chemical degradation of industrial installations-experimental and numerical technical condition assessment
Sundaram et al. Structural health monitoring of composite structures-issues and challenges
Loendersloot et al. Fatigue damage identification and remaining useful life estimation of composite structures using piezo wafer active transducers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190705