КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 16-19-10149
НазваниеСистемы мониторинга с распределенными адаптивными волоконно-оптическими датчиками акустической эмиссии
Руководитель Башков Олег Викторович, Доктор технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" , Хабаровский край
Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-101 - Прочность, живучесть и разрушение материалов и конструкций
Ключевые слова акустическая эмиссия, остаточный ресурс, усталость, разрушение, структурное состояние, оптическое волокно, сенсор, прогнозирование, развивающийся дефект, композиционные материалы, адаптивный интерферометр, динамическая голограмма
Код ГРНТИ81.09.81
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на разработку новых видов высокочувствительных датчиков акустической эмиссии и систем акустико-эмиссионной диагностики развивающихся дефектов и повреждений. Проект основывается на разработке сверхвысокочувствительных адаптивных распределенных волоконно-оптических датчиков и их внедрении в измерительные системы акустико-эмиссионного мониторинга.
В настоящее время в акустико-эмиссионных системах используются датчики, являющиеся локальными сенсорами - пьезоэлектрические датчики. Имея высокую чувствительность, пьезоэлектрические датчики обладают низкой помехозащищенностью от электромагнитных и иных помех, а также высокой нелинейностью характеристик. Применение пьезоэлектрических датчиков для диагностики повреждений композиционных материалов также имеет ограничения в связи с затуханием волн и анизотропией свойств в композиционных материалах (прежде всего в волокнистых композиционных материалах). Высокая актуальность развития методов неразрушающего контроля и мониторинга повреждений в волокнистых композиционных материалах связана с растущими потребностями и активным применением полимерных композиционных материалов (ПКМ) в промышленности и транспорте. ПКМ активно внедряется в тех областях, где важным фактором являются высокая прочность и низкая удельная плотность. Это резервуары высокого давления и различные виды транспорта и прежде всего авиастроение. Доля ПКМ в конструкции самолетов Airbus в 2020 г. будет достигать 50 % и более. Панели центроплана Российского среднемагистрального самолета МС-21 ПАО «Корпорация «Иркут» выполняются методом вакуумной инфузии из ПКМ. Доля отдельных деталей из ПКМ в SSJ-100 (ПАО «Корпорация «Сухой»» филиал «Комсомольский-на-Амуре авиационный завод им. Ю.А. Гагарина» составляет 12%, в лайнере МС-21 – достигнет 30%.
Преимущества применения волоконно-оптических датчиков при контроле и мониторинге структурного и напряженного состояния ПКМ связаны с особенностями, отличающими их от других типов датчиков. В отличие от пьезолектрических, тензометрических сенсоров, датчики на основе волоконно-оптических световодов не чувствительны к электромагнитным излучениям (ЭМИ), обладают низким удельным весом, не подвержены коррозии. Возможность внедрения оптических волокон в волокнистые композиционные материалы, обладающие схожими свойствами, позволяет использовать их как встроенные датчики с минимальным влиянием на изменение показателей свойств.
Широкое распространение последнее время получили волоконно-оптические датчики напряженно-деформированного состояния на основе решеток Брэгга. Они используются как датчики локальных деформаций, подобно тензодатчикам, однако не обладают достаточной чувствительностью и быстродействием в сравнении с пьезоэлектрическими датчиками. Датчики на основе решеток Брэгга не могут быть использованы для регистрации микроповреждений и определения местоположения развивающихся повреждений на основе метода акустической эмиссии и не позволяют использованы для определения местоположения развивающихся повреждений так как обладают достаточной чувствительностью и быстродействием в сравнении с пьезоэлектрическими датчиками.
Данный проект основывается на использовании сверхвысокочувствительных волоконно-оптических датчиков. В отличие от пьезоэлектрических сенсоров и сенсоров на основе волоконно-оптических решеток Брэгга в настоящем проекте предлагаются новые акустико-эмиссионные сенсоры на основе принципов адаптивной лазерной интерферометрии с использованием двух-волнового взаимодействия на динамической голограмме, формируемой в фоторефрактивном кристалле (ФРК). Сенсоры способны обеспечить очень высокую чувствительность к сигналам АЭ благодаря интерферометрическому принципу детектирования.
Научная новизна проекта заключается в разработке новых принципов и подходов к использованию распределенных датчиков акустической эмиссии, обладающих высокой чувствительностью, помехозащищенностью и возможностью и использования во встроенных системах контроля структурного состояния материалов и мониторинга технического состояния объектов. Высокая эффективность принципа, положенного в основу метода и акустико-эмиссионной системы, существенно отличающего его от других, заключается в комплексном использовании феноменальной чувствительности адаптивных лазерных интерферометров на оптических волокнах и интегральности метода акустической эмиссии при использовании распределенных датчиков. Преимущество распределенных датчиков прежде всего заключается в охвате протяженных объектов без потери чувствительности с возможностью определения местоположения развивающихся дефектов и оценки степени поврежденности исследуемого или контролируемого объекта.
На основе анализа информативных параметров АЭ в процессе развития микроповреждений при нагружении ПКМ существует возможность разделения источников АЭ на излучаемые при разрушении волокон и повреждении полимерной матрицы. Полученные критерии идентификации могут быть использованы для определения характера локальных и общих повреждений объекта контроля.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Башков О.В., Ромашко Р.В., Зайков В.И., Проценко А.Е., Безрук М.Н. Detection of acoustic emission signals in the polymer composite material by adaptive fiber-optic sensors Proceedings of SPIE (год публикации - 2016)
2.
Башков О.В., Брянский А.А., Панин С.В., Зайков В.И.
Diagnostics of glass fiber reinforced polymers and comparative analysis of their fabrication techniques with the use of acoustic emission
AIP Conference Proceedings, 1783, 020012-1–020012-5 (2016); doi: 10.1063/1.4966305 (год публикации - 2016)
10.1063/1.4966305
3. Башков О.В.,Попкова А.А., Шаркеев Ю.П., Башкова Т.И. Acoustic emission during fatigue damage of nanostructured titanium The e-Journal of Nondestructive Testing, c.27-33 (год публикации - 2016)
4.
Башков О.В., Шаркеев Ю.П., Панин С.В., Ким В.А., Башкова Т.И., Попкова А.А., Ерошенко А.Ю., Толмачев А.И.
Fatigue failure stages of VT1-0 titanium in different structural states. Study by acoustic emission method
AIP Conference Proceedings, 1783, 020013 (2016) (год публикации - 2016)
10.1063/1.4966306
Публикации
1.
Башков О.В., Проценко А.Е,, Брянский А.А., Ромашко Р.В.
Diagnostics of polymer composite materials and analysis of their production technology by using the method of acoustic emission
Mechanics of Composite Materials, Volume 53, Issue 4, pp 533–540 (год публикации - 2017)
10.1007/s11029-017-9683-7
2.
О.В. Башков, Р.В. Ромашко, В.И. Зайков, С.В. Панин, М.Н. Безрук, К. Кхун, И.О. Башков
Detecting Acoustic-Emission Signals with Fiber-Optic Interference Transducers
Russian Journal of Nondestructive Testing, Том: 53 Выпуск: 6 Стр.: 415-421 (год публикации - 2017)
10.1134/S1061830917060031
3. Башков О.В., Проценко А.Е., Брянский А.А., Ромашко Р.В. Диагностика полимерных композитных материалов и анализ технологий их изготовления с использованием метода акустической эмиссии Механика композитных материалов, Том 53, № 4, стр. 765-774 (год публикации - 2017)
4. Башков О.В., Брянский А.А., Кхун Х., Бао Ф., Белова И.В. Исследование стадийности разрушения полимерных композиционных материалов методом акустической эмиссии Деформация и разрушение материалов (год публикации - 2017)
5.
Башков О.В., Ромашко Р.В., Кхун К, Безрук М.Н.. Зайков В.И., Башков И.О.
Detection of acoustic emission waves in composite plates by fiber optic sensors
AIP Conference Proceedings, № 1909, pp. 020013 (год публикации - 2017)
10.1063/1.5013694
6.
Башков О.В., Попкова А.А., Башкова Т.И., Шаркеев Ю.П.
The study of staging of the fatigue damage accumulation in the structured titanium samples by acoustic emission method
Tsvetnye Metally (Non-ferrous metals), № 9, pp. 84-90 (год публикации - 2017)
10.17580/tsm.2017.09.12
7.
Башков О.В., Попкова А.А., Шаркее Ю.П., Панин С.В., Ерошенко А.Ю.
Acoustic emission analysis of fatigue damages of titanium alloys
AIP Conference Proceedings, № 1909, pp.020012 (год публикации - 2017)
10.1063/1.5013693
8. О.В. Башков, Р.В. Ромашко, В.И. Зайков, С.В. Панин, М.Н. Безрук, К. Кхун, И.О. Башков Детектирование сигналов акустической эмиссии волоконно-оптическими интерференционными преобразователями Дефектоскопия, Номер: 6 Год: 2017 Страницы: 18-25 (год публикации - 2017)
9.
Башков О.В., Зайков В.И., Кхун К., Брянский А.А,, Башков И.О., Ромашко Р.В.
Registration of acoustic emission in composite material by fiber-optic sensors based on adaptive interferometer
Advances in Engineering Research, V. 133, P. 79-84 (год публикации - 2017)
10.2991/aime-17.2017.14
10. Башков О.В., Шаркеев Ю.П., Попкова А.А., Башкова Т.И. Исследование стадийности накопления усталостных повреждений в структурированных образцах титана ВТ1-0 методом акустической эмиссии Цветные металлы, Номер: 9 Год: 2017 Страницы: 84-90 (год публикации - 2017)
11.
О.В. Башков, Р.В. Ромашко, В.И.Зайков, А.Е. Проценко, М.Н. Безрук, Хан Хту
Detection of acoustic emission signals in the polymer composite material by adaptive fiber-optic sensors
Proceedings of SPIE, Vol. 10176 1017613-1 (год публикации - 2017)
10.1117/12.2268226
12. Башков О.В., Попкова А.А., Шаркеев Ю.П., Башкова Т.И., Ерошенко А.Ю., Толмачев А.И. Кинетика накопления усталости в структурированном технически чистом титане ВТ1-0 Деформация и разрушение материалов (год публикации - 2017)
Публикации
1. Кхун Х.Х.А., Башков О.В., Бао Ф. МОДЕЛИРОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В ПЛАСТИНАХ ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ИСТОЧНИКАМИ РАЗЛИЧНОЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ВОЛНОВОГО ФРОНТА Сборник тезисов конференции "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ТВОРЧЕСТВО АСПИРАНТОВ И СТУДЕНТОВ" (год публикации - 2018)
2. Башков О.В., Брянский А.А., Кхун Х., Панин С.В. Criteria for evaluating the damages of polymer composite materials based on acoustic emission parameters AIP Conference Proceedings (год публикации - 2018)
3. Башков О.В., Попоква А.А., Гадоев Г.А., Башкова Т.И. Construction of a Generalized Fatigue Diagram of Metallic Materials Materials Science Forum (год публикации - 2018)
4. Кхун Х., Башков О.В., Золоторева С.В. Modeling the propagation of elastic ultrasonic waves in isotropic and anisotropic materials when excited by various sources Materials Science Forum (год публикации - 2018)
5. Башков О.В., Брянский А.А., Белова И.В. Investigation of the Stages of Damage Accumulation in Polymer Composite Materials Materials Science Forum (год публикации - 2018)
6. Кхун Х., Башков О.В., Зайков В.И., Ромашко Р.В., Башков И.О. Research the comparative sensitivities of fiber-optic sensors and piezoelectric sensors for detection of Acoustic Emission waves European Conference on Acoustic Emission Testing, 45 (год публикации - 2018)
7. Башков О.В., Башков И.О., Брянский А.А., Башкова Т.И. Identification of damages in composite materials during registration of Acoustic Emission signals by piezoelectric and fiber-optic sensors European Conference on Acoustic Emission Testing, 58 (год публикации - 2018)
8. Башков О.В., Шаркеев Ю.П., Попкова А.А. КИНЕТИКА НАКОПЛЕНИЯ УСТАЛОСТИ В ТИТАНОВЫХ СПЛАВАХ МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ Актуальные проблемы метода акустической эмиссии (АПМАЭ- 2018) (год публикации - 2018)
9. Брянский А.А., Башков О.В., Кхун Х.Х. АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ В ИССЛЕДОВАНИИ МЕХАНИЗМОВ РАЗРУШЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Актуальные проблемы метода акустической эмиссии (АПМАЭ- 2018) (год публикации - 2018)
10. Башков О.В., Ромашко Р.В., Зайков В.И., Башков И.О., Кхун Х.Х., Брянский А.А. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ НА ОСНОВЕ АДАПТИВНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА Актуальные проблемы метода акустической эмиссии (АПМАЭ- 2018) (год публикации - 2018)
11. Башков О.В. О РОЛИ ИДЕНТИФИКАЦИИ ИСТОЧНИКОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ В ОЦЕНКЕ СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ Актуальные проблемы метода акустической эмиссии (АПМАЭ- 2018) (год публикации - 2018)
12. Кхун Х.Х., Башков О. В. ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ В ПЛАСТИНАХ Актуальные проблемы метода акустической эмиссии (АПМАЭ- 2018) (год публикации - 2018)
13. Башков О.В., Кхун Х.Х.А., Зайков В.И., Башков И.О., Евстигнеев А.И. On-line registration of damages in composite materials with fiber -optic acoustic emission sensors Materials Science Forum (год публикации - 2018)