ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………9
ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ
КОМПЛЕКСНОГО ОПТИКО - ТЕРМОГРАФИЧЕСКОГО. И
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ
РЕСУРСА ЭКСПЛУАТАЦИИ КОМПОЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.............24
1.1 Анализ современного состояния методов и средств
неразрушающего контроля сложных композитных конструкций в процессе
их испытаний и эксплуатации ….……………………………………................24
1.2 Анализ методов и средств оптико-термографического и
электрического неразрушающего контроля …………………………………..33
1.2.1 Методы и средства оптического контроля композитных
конструкций ………..……………………………………………………………33
1.2.2 Диагностика качества электропроводных композитных
материалов электрическим методом распределенных электрических
потенциалов……………………………………………………………………...46
1.2.3 Ультразвуковая термотомография конструкций из полимерных
композитных материалов при нагреве внутренним источником ……………47
1.2.4 Электросиловая термография конструкций из
композитных материалов……………………………………………………......50
1.2.5 Современное состояние контроля качества ПКМ
(тканых многослойных композитных конструкций) при ударном
воздействии …………………………………………………………..………….52
1.2.6 Современное состояние одновременного контроля
деформации и температуры композитных конструкций
волоконно-оптическими..датчиками …………………………………………..54
1.3 Математическое моделирование процесса контроля полимерных
композитных материалов волоконно-оптическими датчиками с учетом
3
воздействия факторов, имитирующих реальные условия эксплуатации….....65
1.4 Анализ современного состояния методов и средств оценки ресурса
эксплуатации сложных конструкций …………………………………………..67
1.5 Анализ современного состояния технологий и аппаратуры
измерения толщины многослойных конструкций из полимерных
композитных материалов ……………………………………………………….71
1.6 Выводы по главе 1…………………………………………………....74
1.7 Постановка задачи исследований…………………………………...78
ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ
ОПТИКО-ТЕРМОГРАФИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МЕТОДОВ
НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КОМПОЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С
ОЦЕНКОЙ ИХ РЕСУРСА ЭКСПЛУАТАЦИИ ……………..………………...80
2.1 Теоретические исследования возможности оптикотермографического метода неразрушающего контроля……………………...80
2.1.1 Разработка математической модели и теоретические
исследования возможности ультразвуковой термотомографии (УЗ
термотомографии) для обнаружения «слипнутых» дефектов и определения
их характеристик…………………………………………………………….......81
2.1.2 Разработка математической модели и теоретические
исследования возможности электросиловой термографии конструкций из
композитных материалов для обнаружения и идентификации трещин,
«слипнутых» и микродефектов в электропроводных многослойных
композитных конструкция………………………………………………………90
2.1.3 Разработка метода определения величины энергопоглощения в
ПКМ (тканых многослойных композитных конструкциях) в процессе
силовых и ударных нагрузок по анализу возникающих волновых процессов в
слоях и динамических температурных полей …………. ……………..……...95
4
2.1.4 Математическое моделирование и исследования процесса
возможности оптического неразрушающего контроля композитных
конструкций с помощью волоконно-оптических датчиков и применение
линейной модели для интерпретации результатов в реальных условиях
эксплуатации……………………………………………………………………112
2.2 Математическое моделирование и теоретические исследования
возможности обнаружения поверхностных и подповерхностных неявных
дефектов (трещин) в электропроводных композитных материалах на основе
регистрации поля точечных источников тока………………………………..118
2.3 Теоретические исследования возможности оценки ресурса
эксплуатации композитных конструкций на основе нейронных сетей и
результатов неразрушающего контроля………………………………………123
2.4 Выводы по главе 2…………………………………………………..132
ГЛАВА 3 МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ..ОПТИКО-ТЕРМОГРАФИЧЕСКОГО..И
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КОМПОЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ
ОЦЕНКИ ПРЕДЕЛЬНОГО РЕСУРСА ЭКСПЛУАТАЦИИ…………………135
3.1 Разработка технологий неразрушающего контроля на основе
верификации их эффективности в квазиреальных условиях испытаний
композитных материалов и изделий ………………………………………….135
3.2 Методические основы экспериментального определения
минимального размера дефекта в контролируемом изделии на основе анализа
реальных дефектов……………………………………………………………..142
3.3 Методические аспекты метрологической аттестации методики
контроля (на примере ударного воздействия на тканые композитные
материалы)……………………………………………………………………...148
5
3.4 Методические основы разработки и экспериментальные
исследования оптико-термографического и электрического контроля
композитных конструкций…………………………………………………….153
3.4.1 Методические основы и экспериментальные исследования
ультразвуковой термотомографии…………………………………………....153
3.4.2 Методические принципы и экспериментальные исследования
метода повышения достоверности информации оптического контроля на
ВОД для оценки надежности и ресурса эксплуатации многослойных
конструкций из композитных материалов…………………………………....162
3.4.3 Методические особенности и экспериментальные исследования
возможности контроля внешних механических воздействий на углепластики
интегрированной волоконно-оптической системой………………………...176
3.4.4 Методические основы технологии электросиловой
термографии………………………………………………………………….....192
3.4.5 Методические основы повышение достоверности результатов
контроля и расширения области применения электросиловой термографии
путем снижения влияния технологических шумов (3.4.5.1) и исключения
«травмирования» изделий при их нагружении………………………………199
3.4.6 Методические (технологические) основы и экспериментальные
исследования электрического метода контроля качества электропроводных
композитных материалов на основе технологии регистрации точечного
источника тока………………………………………………………………….209
3.4.7 Методические основы и экспериментальные исследования
повышения достоверности обнаружения дефектов типа нарушения
сплошности в процессе автоматизированного контроля крупногабаритных
конструкций из ПКМ…………………………………………………………..218
3.5 Экспериментальные исследования возможности использования
данных оптико-теплового неразрушающего контроля для оценки ресурса
6
эксплуатации композитных конструкций методом искусственного интеллекта
на основе распределенных нейронных сетей………………………………...225
3.6 Выводы по главе 3…………………………………………….….233
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ПРОГРАММНО -
АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ ОПТИКО-ТЕРМОГРАФИЧЕСКОГО И
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
КОМОПЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ОЦЕНКОЙ
РЕСУРСА ЭКСПЛУАТАЦИИ ……………………………………………….237
4.1 Разработка комплексной методики оптико-термографического
и электрического неразрушающего контроля композитных
конструкций …………………………………………………………………....237
4.2 Разработка метода и программно - аппаратных средств
метрологической аттестации методик неразрушающего контроля (на примере
контроля качества тканых композитных конструкций в процессе ударного
воздействия) …………………………………………………………………....237
4.3 Разработка методики теоретико - экспериментального определения
минимального размера дефекта в контролируемом изделии на основе анализа
реальных дефектов произвольной формы…………………………………….245
4.4 Разработка программно-аппаратных средств комплексного оптикотермографического и электрического неразрушающего контроля для оценки
ресурса эксплуатации ………………………………………………………….245
4.4.1 Разработка методики и структурной схемы соответствующего
программно-аппаратного комплекса ультразвуковой термотомографии….245
4.4.2 Разработка методики и структурной схемы
программно-аппаратных средств оптического контроля деформации
многослойных конструкций из композитных материалов в процессе нагрузки
на основе ВОД …………………………………………………………………250
7
4.4.3 Разработка методики и программно-аппаратных средств
электросиловой термографии……………………………………………….…256
4.4.4 Разработка программно-аппаратных средств повышения
достоверности результатов электросиловой термографии………………….260
4.4.5 Разработка программно-аппаратных средств
модернизированного метода электросиловой термографии
(опто-термографии) для исключения «травмирования» изделий при их
нагружении……………………………………………………………………...265
4.4.6 Разработка программно-аппаратных средств повышения
достоверности обнаружения дефектов типа нарушения сплошности в
процессе автоматизированного контроля крупногабаритных конструкций из
ПКМ……………………………………………………………………………..270
4.4.7 Разработка методики и программно-аппаратных средств метода
контроля качества электропроводных композитных материалов на основе
технологии регистрации точечного источника тока…………………………276
4.5 Разработка программного обеспечения для оценки ресурса
эксплуатации композитных конструкций с использованием данных
комплексного оптико-теплового и электрического контроля…………….279
4.6 Исследование эффективности комплексного метода оценки ресурса
эксплуатации на основе оптико-термографического метода и разработанных
программно-аппаратных средств ……………………………………………..282
4.6.1 Исследование эффективности метода оценки ресурса
композитных конструкций при их нагружении на основе результатов
комплексного оптико-термографического контроля …………………….…282
4.6.2 Экспериментальные натурные исследования возможности оценки
ресурса эксплуатации строительных конструкций с внешним композитным
армированием на основе мониторинга волоконно-оптическими
датчиками ………………………………………………………………………291
8
4.7 Разработка аппаратуры вихретокового и магнитно-индукционного
толщиномера многослойных конструкций из ПКМ…………………………297
4.8 Внедрение методики и аппаратно-программных средств
комплексного оптико-теплового и электрического методов с оценкой ресурса
эксплуатации.композитных.конструкций…………………………………….308
4.9 Выводы по главе 4…………………………………………………..309
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………...311
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ…………………………………………...316
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………….317
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение А Акты об использовании результатов
диссертационной работы………………………………………………………361
