Найден способ бесконтактно измерять напряжения внутри композитов

Ученые нашли новый метод, с помощью которого можно контролировать возникающие в композитных материалах внутренние напряжения. Разработка впервые позволяет проводить измерения бесконтактно. Работа исследователей из НИТУ «МИСиС», Института физики твердого тела РАН и их коллег из Испании и России опубликована в Journal of Alloys and Compounds.

Композитные материалы состоят из пластичной основы (матрицы) и прочного наполнителя. Благодаря такому сочетанию полученный материал приобретает новые свойства, которых не было у его составляющих по отдельности. Подобные материалы используются, например, в авиационной технике, автомобилестроении и горной промышленности. Однако в композитных материалах в силу конструкции неизбежно возникают внутренние напряжения, которые трудно оценить как на стадии изготовления, так и при использовании.

«Есть композиционные материалы, где внутреннее напряжение после изготовления достигает 95% от предела прочности. То есть, ему еще чуть-чуть и он треснет. Например, ряд созданных для многоразового космического корабля "Буран" композиционных материалов из-за особенностей технологии их изготовления обладали высоким уровнем внутренних напряжений. Это стало огромной проблемой: чтобы получить одно изделие при изготовлении в брак уходило пятьдесят», — рассказал один из авторов работы, Андрей Степашкин, старший научный сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС».

В других композиционных материалах после изготовления может не быть такого уровня внутренних напряжений, зато они возникают позже – при использовании. Это может приводить к появлению повреждений в материале и снижению его прочности. Существующие методы не позволяют оценить внутренние напряжения до того, как появится дефект, бесконтактным способом. В новом исследовании авторы предлагают измерять напряжения в материале с помощью специальных микропроводов и внешнего магнитного поля. Контролировать напряжения таким метода можно будет сразу после производства композита.

По задумке авторов, микропровода закладываются в композит еще на этапе его создания. Чтобы измерить напряжение, материал помещается во внешнее магнитное поле. Когда в нем возникает напряженное состояние, вещество в микропроводе начинает по-другому реагировать на магнитное поле. Таким образом можно бесконтактно проводить измерения. Более того, технология позволяет проводить измерения с помощью всего одного датчика. Такой способ упрощает, ускоряет и удешевляет оценку состояния композита, позволяя не только находить, но и предсказывать появление дефектов.

«Мы сделали только первый шаг большого пути, — добавил ученый. — Но уже видим конкретное практической применение нашей разработки. К тому же, у неё есть и дополнительные возможности: внедряемая в материал сетка из микропроводов может обеспечивать дополнительно сток статического заряда, возникающего в конструкциях из стеклопластиков. Наши провода вполне могут заменить металлические сетки, которые вставляются в эти материалы сейчас».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.