Введение 14
1. Разработка методов неразрушающего контроля композитов 16
1.1. Краткое описание принципов активного теплового контроля 22
1.2. Преимущества и недостатки теплового контроля композитов 31
2. Тепловой контроль композитов с ударными повреждениями 33
2.1Контролируемые образцы и дефекты 34
2.2 Аппаратура теплового контроля 37
2.2.1 Тепловизионные системы 37
2.2.2 Оптические и конвективные источники нагрева для контроля
образцов 39
2.2.3 Компьютерная программа обработки данных 42
2.3 Экспериментальная установка 44
2.4 Основные экспериментальные результаты 45
2.4.1 Информативные параметры ТК при обнаружении ударных
повреждений 47
3. Статистическая обработка результатов 51
3.1 Критерии принятия решения в тепловом контроле 52
3.2 Анализ термограмм при ручном выборе дефектной области
оператором 57
3.3 Выявляемость ударных повреждений при использовании критерия
Танимото и различных формах представления данных 62
3.4 Сравнительный анализ статистических показателей алгоритмов
выявления 63
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 66
5. Социальная ответственность 73
Заключение 85
Список публикаций 86
Список используемых источников 87
Приложение А - Раздел ВКР, выполненный на иностранном языке 90
Объектом исследования являются образцы стекло - и углепластиковых композиционных материалов, содержащие дефекты в виде ударных повреждений различной энергии.
Цель работы - изучить разброс параметров оценки дефектных характеристик, на примере кажущегося размера дефектов, параметров температуропроводности и тепловой инерции для группы операторов с различным опытом.
Основным методом исследования является активный тепловой контроль, включающий: 1) программу обработки данных; 2) экспериментальные исследования с использованием инфракрасной (ИК) термографической аппаратуры.
Основными результатами являются: 1) теоретический анализ возможности использования тепловой инерции и температуропроводности композиционных материалов в качестве информативных параметров дефектности; 2) статистический анализ образцов из стекло- и углепластика в одно- и двухсторонней процедурах активного теплового контроля (как на поверхности образца, подвергнутой удару, так и на противоположной поверхности), в результате чего определены величины тепловой инерции и температуропроводности как бездефектных образцов, так и зон с ударным повреждением различной энергии. В качестве критериев дефектности материала предложено использовать относительные изменения вышеуказанных теплофизических характеристик в дефектных зонах.
В исследованиях использована экспериментальная установка теплового контроля НИ ТПУ, включающая тепловизионный модуль FLIR A325, оптический источник нагрева и оригинальный программный продукт для моделирования и обработки данных.
Область применения: активный тепловой контроль композиционных материалов в авиации.
Экономическая эффективность/значимость работы: позволяет повысить время эксплуатации самолетов.
Температура как количественный показатель внутренней энергии тел является универсальной характеристикой объектов и процессов физического мира, в котором непрерывно происходит генерация, преобразование, передача, накопление и использование энергии в ее различных формах.
Обнаружение и моделирование повреждений материалов, влияющих на качество и безопасность эксплуатации конструкций, являются взаимозависимыми областями научных исследований, имеющими самостоятельное научно - техническое значение. В настоящее время в различных технологических применениях находят все более широкое применение композиционные материалы, обладающие уникальными свойствами, которые превышают по свойства традиционно используемых материалов (древесины, стали, сплавов металлов). Одним из наиболее важных преимуществ этих материалов является возможность их предварительного проектирования соответственно техническим требованиям конкретного изделия в определенной области применения, что позволяет организовать индивидуальный подход к процессу производства материалов и изделий для решения конкретной научной задачи. Однако, вследствие наличия микроструктурных неоднородностей и дефектов в структуре композитов, их качество и состояние должны быть оценены и подвергнуты количественным оценкам для прогнозирования прочности и срока службы, как исходных материалов, так и конкретных изделий.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью обеспечения (повышения) качества продукции путем внедрения и разработки новых средств неразрушающего контроля, в особенности, в высокотехнологичных отраслях промышленности (авиакосмической и военной технике, ядерной энергетике, автомобиле- и судостроении и др.). При производстве и испытаниях композиционных материалов тепловой контроль (ТК) обеспечивает обнаружение практически важных дефектов в сочетании с высокой
производительностью испытаний и наглядной формой представления результатов.
В тепловом контроле важную роль при интерпретации результатов играет опыт оператора. До сих пор, отбраковка дефектов производится без количественных оценок. В Томском политехническом университете разрабатывается компьютерная программа анализа дефектных отметок.
Цель работы: изучить разброс параметров оценки дефектных характеристик, на примере кажущегося размера дефектов, параметров температуропроводности и тепловой инерции для группы операторов с различным опытом.
Задачи работы:
1) провести построение карт температуропроводности для двух образцов;
2) реализовать построение карт тепловой инерции для двух образцов;
3) осуществить анализ термограмм при выборе дефектной области оператором;
4) Выполнить сравнительный анализ статистических показателей алгоритмов выявления дефектов
