Исследование поврежденности конструкционных полимерных композитов и конструкций при термомеханических воздействиях с использованием подходов теории критических расстояний и алгоритмов машинного обучения. (промежуточный)

Разработаны и апробированы методики идентификации внутренних технологических дефектов (непроклей, коробление слоя) в образцах конструкционного углепластика ВКУ со схемой укладки [0/90]10, при независимом применении инфракрасной тепловизионной системы FLIR и локального кратковременного разогрева поверхности образцов; независимого применения ультразвукового дефектоскопа и шерографа. Также, разработаны и апробированы методики совместного одновременного использования испытательной системы, инфракрасной тепловизионной системы, системы анализа полей перемещений и деформаций Vic-3D и системы регистрации сигналов акустической эмиссии Vallen AMSY-6 при нагружении образцов конструкционного углепластика на растяжение. Проведены испытания на одноосное растяжение образцов стеклотекстолита электротехнического назначения СТЭФ при комнатной температуре. Были использованы образцы полоски и образцы с V-образным вырезом в рабочей зоне. В качестве образцов с концентраторами напряжений были использованы пять разновидностей с различной геометрией: глубина выреза и радиус вершины выреза - 15 мм и 5 мм; 15 мм и 3 мм, 15 мм и 1 мм, 4 мм и 1 мм, а также 1 мм и 1 мм. Такие разнообразные конструкции образцов применялись с целью исключения влияния геометрии на определяемые характеристики (значения критических расстояний). В результате получены данные установочных квазистатических экспериментов на образцах композиционных материалов в виде образцов без градиента деформаций и с градиентом вызванным V-образным вырезом в рабочей зоне, необходимые для идентификации значений критических расстояний стеклопластика СТЭФ. Получены эволюции полей деформаций на разных уровнях нагружения для образцов с разной геометрией V-образного выреза в рабочей зоне. Представлены результаты параметрического анализа регистрации сигналов акустической эмиссии для образцов без градиента деформаций и с градиентом, в том числе, гистограммы значений частот спектрального максимума и диаграммы зависимости кумулятивной энергии от времени проведения испытаний для всех видов образцов. Определены значения критических расстояний, полученные с использованием подходов теории критических расстояний и метода конечных элементов при квазистатических нагружениях для описания механического поведения повреждённых элементов конструкций. Проведён анализ применимости линейного и точечного методов теории критических расстояний, который показал, что линейный метод более точен, чем точечный. В целом оба метода демонстрируют достаточно хорошую точность предсказания нагрузок разрушения (10,4 и 13,1%). Определены максимальные размеры дефектов, которые не влияют на прочностные характеристики стеклопластика СТЭФ и конструкций согласно теории критических расстояний. Были проведены серии квазистатических испытаний на растяжение образцов конструкционного углепластика без дефектов и с заложенными внутренними технологическими дефектами – непроклей и коробление По результатам испытаний образцов углепластика были определены основные механические свойства (предел прочности, модуль упругости, коэф. Пуассона, максимальные деформации при разрушении), построены диаграммы нагружения и деформирования. Получены новые экспериментальные данные о влиянии типов (непроклей, коробление) и геометрии (круг, квадрат, прямоугольник) внутренних технологических дефектов на реализацию механических свойств конструкционного углепластика со схемой укладки [0/90]10 при испытаниях на одноосное растяжение. При одновременном использовании тепловизионной инфракрасной системы FLIR SC7700M, системы анализа полей перемещений и деформаций Vic-3D и системы регистрации сигналов акустической эмиссии Vallen AMSY-6 в процессе испытаний получены новые данные о процессах накопления повреждений, развитии внутренних дефектов и процессах разрушения в образцах конструкционного углепластика. Представлены результаты полученные при помощи системы анализа полей перемещений и деформаций, в частности, для каждого образца были получены поля деформаций по разным компонентам в процессе нагружения. По результатам постобработки данных экспериментов отмечены места локализации деформации, которые позволяют определить месторасположение дефекта типа непроклей, а также границы дефекта коробление внутреннего слоя. Проанализированы данные полученные системой анализа регистрации сигналов акустической эмиссии в ходе испытаний на растяжение образцов конструкционного углепластика с внутренними технологическими дефектами. Построены графики распределения энергетического параметра сигналов акустической эмиссии (E, eu) от длины образца между датчиками АЭ (l, м). Проанализированы новые данные о влиянии технологических дефектов и поврежденности на реализацию механических свойств конструкционного углепластика ВКУ на основе эпоксидного связующего ВСЭ1212 со схемой укладки [0/90]10 при растяжении. Построены зависимости геометрии и формы внутренних дефектов на основные механические свойства конструкционного углепластика.