Совершенствование методов ультразвуковой дефектоскопии многослойных конструкций воздушных судов

Исследование роли композитных материалов в многослойных конструкциях в аэрокосмической промышленности. Анализ дефектов, встречающихся в процессе эксплуатации. Совершенствование ультразвуковой дефектоскопии с помощью многослойных композитных материалов.
Краткое сожержание материала:

Размещено на http:///

Размещено на http:///

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

НК- неразрушающего контроля

ИАТА- Международная ассоциация воздушного транспорта

GFRP - Углепластик

ПМК - (полимерные матричные композиты)

NASA - Национальное агентство по аэронавтике и исследованию космического пространства США

АКФ - Автокорреляционная функция

ОФ - Оптимальный фильтр

ЭЛТ - Электронно-лучевая трубка

ТО - Техническое обслуживание

ФМ - Фазоманипулированные

МСК- Метод свободных колебании

УЗК- Ультразвуковой контроль

УЗ- Ультразвука

EMAT- электромагнитные акустические преобразователи

ИК- инфракрасный



СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. МНОГОСЛОЙНЫЕ КОНСТРУКЦИИ В АВИАЦИИ
• 2. ДЕФЕКТЫ, ВСТРЕЧАЮШИЕСЯ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
• 3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ МНОГОСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
• 3.1 Метод инфракрасный термографии
• 3.2 Акустические методы контроля многослойных конструкций
• 3.2.1 Импедансный метод
• 3.2.2 Метод свободных колебаний
• 3.2.3 Резонансный метод
• 3.2.4 Акустико-топографический метод
• 3.2.5 Велосиметрический метод
• 3.2.6 Метод прохождения (теневой)
• 3.2.7 Реверберационный метод
• 3.2.8 Эхо-импульсный метод
• 4. Проблемы, возникающие ПРИ Ультразвукавом эхо контроле многослойных композитных материалОВ
• 5. Совершенствование Ультразвуковой дефектоскопии с помощью фазоманипулирования сигнала
• 5.1 Простая математическая модель предлагаемого дефектоскопа
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


ВВЕДЕНИЕ

В течение последних 50 лет, можно заметить большое увеличение использования метода неразрушающего контроля (НК) на авиационной технике. Совершенствование электроники и компьютерной техники открывали дверь новым возможностям развития НК. В настоящее время метод НК - это важнейший способ продолжения летной годности летательных аппаратов. Надо заметить что, моделирование новой концепции технического обслуживания (ТО) по состоянию контролем параметров стало причиной увеличения доверия к персоналу, осуществляющему НК.

Потенциал резкого и рентабельного постоянного контроля на высоко площадных комплексных технических структурах, разрешающие быстрее и чаще контролировать с низкой себестоимостью, таким образом поддерживать надёжности и безопасности Авиационной техники.

Несколько главных методов НК используется в ТО гражданской авиации. Визуальный метод, капиллярный метод, ультразвуковой контроль, вихретоковой метод, магнитный метод, термография, Рентген. У каждого свои преимущества и недостатки. Данная дипломная работа сосредоточивается на совершенствовании ультразвукового (УЗ) метода НК.

Ультраакустика (или ультразвук) представляет собой область интенсивных научных и технологических исследований. Она экстенсивно применяется в научной и инженерной деятельности. Ультразвук, который по своей сути является механической волной, взаимодействует с веществами. Разнообразие типов волн, от продольных до поверхностных, позволяет использовать их во всевозможных аспектах. Прогресс в области сенсоров, электронного инструментария, компьютеров, улучшение знаний о физическом взаимодействии - все это способствовало совершенствованию экспериментальной ультраакустики. Последние разработки в науке и технологии ультразвука в сферах неразрушающего контроля (НК), медицины, подводной акустики, молекулярного взаимодействия действительно впечатляют и открывают большие возможности для новых применений.

В 1880-х годах братья Кюри открыли пьезоэлектричество. Гальтон (1883), изучая акустический спектр, обнаружил существование УЗ в сигнале свистка. Свисток Гальтона считается одним из первых ультразвуковых генераторов. После этого проводится ряд исследований в области генерирования и обнаружения ультразвука. В начале ХХ века некоторые значительные разработки, связанные с коммерциализацией ультразвуковой технологии, обрели твердую почву. Вид и Лумис впервые использовали ультразвук с коммерческой точки зрения в конце 1920-х годов для распыления жидкости, контроля затвердевания, жидкой эмульгации и взаимодействие с живыми тканями. Файрестон (1940) создал первый коммерческий инструмент для УЗ дефектоскопии. После 1950-х масштабные технологические в электронике и компьютерах дали дополнительные преимущества отрасли УЗ инструментария.

Во всех отраслях УЗ важную роль играют технология преобразователей и электронный инструментарий. Вначале были пьезоэлектрические кристаллические преобразователи, а сегодня существует бесконтактные электромагнитные акустические преобразователи (EMAT), лазерные преобразователи и преобразователи воздушно-акустической связью.

Композитные материалы играют важную роль в многослойных конструкциях в аэрокосмической промышленности, показывают большую перспективу конструктору для оптимизации конструкции и обладания высокого соотношения прочность/вес. Контролем композиционных структур были опробованы некоторые техники НК, что доказало полезность ультразвуковых методов.



1. МНОГОСЛОЙНЫЕ КОНСТРУКЦИИ В АВИАЦИИ

После 1950-х годов, в авиации стали широко применяли многослойные конструкции из металлических и неметаллических материалов. Элементы неметаллические и комбинационные (металлы и неметаллы) структуры соединялись с использованием клея. Также элементы металлических структур соединялись, используя пайку или сварку. Кроме того склеенные и сварные элементы дополнительно закрепляется с использованием точечной сварки или заклёпок [10].

Под многослойными понимаются конструкции из металлических и неметаллических материалов, отдельные элементы которых соединяются между собой клеями, пайкой или иным способом. Основы типы таких конструкций представлены в табл. 1.

Таблица 1 Основные типы многослойных конструкций [10]

№ схемы	Схема	Материал элементов	Вид соединения
1		1-Металл или армированный пластик; 2-Металл или пластик	Клеевое или паяное
2		1,3- металл или армированный пластик; 2- соты из металлической фольги или неметаллической (стекло-пластик, бумага) ленты	Клеевое или паяное
\3		1,3,5- Армированный пластик; 2,4- соты из армированного пластика	Клеевое
4		1,3- Металл или армированный пластик; 2-пенопласт	Клеевое
5		1-Пластик армированный или неармированный; 2-Металл;	Клеевое
6		1,2,3- Пластик армированный или неармированный	Клеевое
7		1,2- металл или пластик	Клеевое
8		Армированный слоистый пластик (стеклотекстолит и т.п.)	Слои материала, соединение связующим веществом

В XX веке в авиационных конструкциях в основном применяли высокопрочные алюминиевые, магниевые и титановые сплавы. При выборе материала учитываются его механические свойства (придел прочности , текучести , сопротивления усталости при различных циклах изменения напряжений, модуль упругости Е, износостойкость, вязкость и др.), теплофизические и химические свойства ( коэффициент линейного расширения , теплопроводность , коррозионная стойкость и др.), плотность , стоимость и дефицитность сырья, степень освоения в производстве, технологические свойства ( пластичность, свариваемость, линейные качества), определяющие возможность применения наиболее производительных производственных процессов [13].

Таблица 2 Сравнительные характеристики материалов, применяемых в авиационных конструкциях [13]

Материал	,	,МПа	,ГПа
Алюминиевые сплавы: Деформируемые Литейные	2,7 2,7	400…550 200…500	72 72