CONTROLS THE PLASTIC AMPLIFIER GAS DUE TO FLYING IN THE ASSEMBLY LINE

Full Text

1. ВВЕДЕНИЕ Использование композитных материалов в авиационной промышленности находится в постоянном прогрессе в связи с растущим спросом на материалы, способные удовлетворить экономические цели, задачи в области безопасности и проектирования, которые также становятся все более требовательными. Аналогичным образом, проблемы, с которыми сталкиваются методы инспекции, растут такими же темпами. Например, для термореактивных полимеров проверка перед отверждением рассматривается в качестве альтернативы, поскольку она дает возможность отремонтировать или утилизировать нездоровый материал до стадии автоклава с потенциально значительным снижением затрат. Одним из таких применений является проверка во время изготовления заготовки препрега. Препрег - это ткань или лента, предварительно пропитанные смолой. Система смолы уже смешана и находится в неотвержденной стадии. Материал обычно помещается в рулон. Материал препрега является липким и легко прилипает к другим слоям в процессе укладки. Проверка во время этого процесса изготовления является чрезвычайно сложной по ряду причин. Во-первых, во избежание загрязнения материала процедуры изготовления определяют, что контакт с материалом запрещен; это исключает возможность использования обычных ультразвуковых методов. Во-вторых, хотя существует значительный недостаток знаний о свойствах неотвержденного препрега из углепластика, ожидается, что затухание ультразвуковых волн в неотвержденном материале будет чрезвычайно высоким. В-третьих, ожидается, что на ультразвуковые свойства материала сильно повлияет отсутствие уплотнения, которое может возникнуть во время изготовления. Однако большинство из них не являются реальными дефектами, так как они полностью удаляются во время отверждения в автоклаве, но они серьезно влияют на проверку перед отверждением. В-четвертых, материал должен быть проверен вместе с формой или поверхностью укладки, где он изготовлен. Целью проведенного исследования является предложение бесконтактного ультразвукового метода для проверки ламинатов препрега из углепластика во время изготовления укладки. Предложена технология сквозной передачи с использованием датчиков с воздушной связью для передачи ультразвуковых сигналов через ламинат препрега и форму, где он изготовлен с использованием нормального падения. Помимо некоторых исследований по распространению поперечных волн в неотвержденном FRP с использованием преобразователей EMAT и некоторых исследований с использованием ультразвуковых методов для контроля отверждения эпоксидной смолы в FRP, нет информации об ультразвуковых свойствах неотвержденного CFRP. Поэтому сначала было проведено подробное экспериментальное исследование свойств неотвержденных ламинированных препрегов для определения скорости и ослабления ультразвука. Затем эти свойства были использованы для моделирования распространения ультразвука в системе, как показано на рис. 1, для определения оптимальной конфигурации контроля. Наконец, система контроля, построенная в соответствии с этими критериями проектирования, была испытана в реальных условиях. Несколько образцов были изготовлены по различным схемам уплотнения. Некоторые из них включали тефлоновые вставки для имитации наличия дефектов. Во время изготовления проводились проверки, чтобы проверить влияние как количества слоев, так и процессов уплотнения. Рис. 1. Предлагаемая конфигурация для бесконтактного контроля укладки ламината из композиционного материала углепластика на литейную форму с использованием технологии сквозной передачи и пьезоэлектрических преобразователей с воздушной связью. 2. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ СВОЙСТВА НЕОБРАБОТАННЫХ ЛАМИНАТОВ Неотвержденный ламинат из углепластика толщиной 1 мм был использован для характеристики материала. Для сравнения были также охарактеризованы отвержденный ламинат CFRP толщиной 2 мм. Для этого была использована описанная методика, состоящая в измерении амплитудных и фазовых спектров коэффициента пропускания вокруг резонанса толщины первого порядка с использованием метода сквозной передачи и широкополосных преобразователей с воздушной связью, а затем в решении обратной задачи. Пластины были измерены в десяти разных точках для определения пространственной изменчивости. Два репрезентативных измерения показаны на рисунке 2. Усредненные полученные параметры и стандартное отклонение собраны в таблице I. Более заметное различие между обоими материалами заключается в том, что в неотвержденном ламинате коэффициент затухания намного больше, что серьезно ограничивает возможности проверки. Другие различия заключаются в несколько меньшей плотности в неотвержденном углепластике, значительно меньшей скорости из-за сравнительно более низкой скорости в неотвержденной смоле и большей изменчивости измеренных свойств. Акустический импеданс неотвержденного ламината из углепластика ниже (2,16 мРайл) по сравнению с отвержденным материалом (5,27 мРайл). 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНСПЕКЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ УЛЬТРАЗВУКОВ: КОНСТРУКЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ИНСПЕКЦИОННОЙ СИСТЕМЫ Поскольку материал должен проверяться вместе с литейной формой, в которой он изготовлен, необходимо учитывать следующие конструктивные параметры системы контроля: 1) материал и толщина литейной формы и 2) центральная частота и ширина полосы преобразователя. Теоретическое моделирование передачи ультразвука выполняется с использованием параметров материала, полученных ранее, и варьированием этих проектных переменных для определения наилучшей конфигурации. Была рассмотрена одномерная задача: плоские волны и нормальное падение, а также линейное изменение затухания с частотой. Предполагается, что толщина ламината углепластика во всех случаях составляет 7 мм. Исходя из нашего предыдущего опыта, максимально допустимые сквозные потери при передаче установлены на 100 дБ, т. Е. Сверх этого значения считается, что проверка невозможна с доступной технологией. Поскольку пресс-форма должна быть изготовлена из металла, выбранным вариантом был алюминий из-за его относительно более низкого акустического сопротивления и стоимости. На рис. 3 показаны рассчитанные вносимые потери (IL) в зависимости от частоты для трех различных толщин пресс-формы: 2, 6 и 13 мм. Первый вывод заключается в том, что рабочая частота должна быть ограничена ниже 0,55 МГц, а второй заключается в том, что может быть достигнуто значительное увеличение амплитуды передаваемого сигнала, если рабочая частота настроена на резонанс толщины кристаллизатора. Таким образом, для формы толщиной 6 мм резонанс толщины появляется при 0,52 МГц, минимальный IL = -92 дБ, для формы толщиной 13 мм резонанс толщины появляется при 0,25 МГц с минимальным IL -78 дБ. Поэтому предлагаемая конфигурация состоит из пресс-формы толщиной 13 мм и пары преобразователей с воздушной связью 0,25 МГц. 4. ВНУТРИВЕННО УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ИНСПЕКЦИОННАЯ СИСТЕМА 4.1. Датчики Импульсный отклик и чувствительность, полученные с помощью пары преобразователей, использованных для этой работы, проходили через передачу, разделенные на 2 см в воздухе, используя Panametrics Pulser / Receiver (PR 5058), с амплитудой пика, установленной на 200 В, и усилением приемника, установленным на 0 дБ, а осциллограф Tektronix DPO7054 показан на рис. 4. Чувствительность рассчитывается как отношение БПФ электрического напряжения, измеренного на клеммах приемника, к значению, измеренному на клеммах передатчика. Пиковая чувствительность составляет -24,6 дБ, этот показатель является ключевым для установки предела максимально допустимых вносимых потерь при сквозном испытании на передачу в -100 дБ. 4.2. Электроника Две разные системы импульс / приемник были успешно использованы. Panametrics P / R 5058 и USB-ультразвук DASEL, которые обеспечивают импульсный сигнал (прямоугольная волна, мы использовали от 1 до 5 циклов) до 400 В и 60 дБ усиления при приеме. 4.3. Механика Преобразователи были установлены на U-образном держателе, как показано на рис. 5. Держатель был встроен в автоматическую и портативную сканирующую систему, разработанную ИАТУ, для выполнения точечных измерений при передаче и C-сканов. Эта система может быть установлена для проведения испытаний, а затем убрана, чтобы освободить место для машины, которая укладывает слои препрега CFRP. 4.4. Материалы и схема проверки. Несколько образцов (300 x 300 мм и до 30 слоев) углепластика, равного другим, используемым в авиационной промышленности, были изготовлены на FIDAMC (Ульяновск, РФ) по другой схеме уплотнения. Некоторые образцы были изготовлены без их уплотнения, а некоторые были спрессованы на разных стадиях. Уплотнения проводились с использованием обычных вакуумных пакетов. Использовали два разных времени уплотнения: короткое (15-30 мин) и большое (от 4 до 8 часов). Кроме того, некоторые из них включали тефлоновые вставки размером 10 x 10 мм на трех разных глубинах (2, 15 и 28 слоев) для имитации наличия локальных дефектов (расслоения). 5. РЕЗУЛЬТАТЫ 5.1. Передача бортовых ультразвуковых сигналов через систему ламината CFRP и алюминиевую форму. На рис. 6 показан передаваемый сигнал от Tx до Rx для нескольких случаев. Передаваемый сигнал через систему CFRP-пресс-формы четко идентифицирован, и показатель SNR довольно хороший (> 30 дБ). Реверберация в воздушных зазорах между датчиками и образцом четко оценена, что свидетельствует о важности использования широкополосных датчиков. Для проверки 8 слоев ламината амплитуда импульса Panametrics 5058 была установлена на 400 В, а коэффициент усиления на приеме - на 40 дБ. Для 30-слойного ламината конфигурация составляла 400 В и 50 дБ соответственно. Измерение изменения во времени полета по мере увеличения количества слоев в слоях позволило нам определить скорость ультразвука, которая оказалась немного меньше, чем значения, полученные в предлиминальном исследовании, около 950 м / с. 5.2. Влияние уплотнения Чтобы определить влияние степени уплотнения на возможности контроля, было изготовлено несколько ламинатов (до 30 слоев) по различным схемам уплотнения. Во всех этих случаях слои наносились вручную, что является наихудшим возможным сценарием, поскольку в этом случае степень уплотнения сравнительно меньше по сравнению со случаем, когда слои наносятся машиной. Сравнивая амплитуду сигнала, принятого с разным количеством слоев после одной и той же процедуры уплотнения, можно было оценить коэффициент ослабления в многослойном материале, который в результате чрезвычайно сильно зависит от степени уплотнения. Результаты суммированы в таблице II. Они, наряду с оценкой уровня шума, позволяют определить максимальное количество слоев, которые можно проверить с помощью этой конфигурации. Например, после короткого уплотнения результаты показывают, что контрольный предел составляет около 12 слоев, для неуплотненного материала этот предел снижается примерно до 3 слоев, в то время как после длительного уплотнения можно было бы проверить до 90 слоев. 5.3. Обнаружение тефлоновых вставок. На рис. 7 показан результат сканирования гильзы двумя тефлоновыми вставками размером 10 x 10 мм, расположенными на расстоянии 75 и 150 мм соответственно от начала сканирования. Падение амплитуды сигнала из-за наличия вставок составляет от 7 до 12 дБ, а фактический размер вставки соответствует размеру падения амплитуды. 6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В этой статье рассматривается возможность использования ультразвукового метода с воздушной связью и сквозного пропускания для проверки ламинатов препрега из углепластика во время изготовления укладки (то есть до отверждения смолы). Основными проблемами этого применения являются невозможность прикоснуться к материалу во время проверки, большой коэффициент затухания в неотвержденном ламинате из углепластика и необходимость проведения проверки вместе с формой изготовления. Предлагается воздушная и сквозная техника передачи. Чтобы минимизировать влияние очень больших вносимых потерь, пара широкополосных и низкочастотных (0,15-0,35 МГц), высокочувствительных (-24 дБ) преобразователей с диаметром активной области 25 мм использовалась вместе с обычным импульсом / приемником. Кроме того, была предложена форма из алюминия толщиной 13 мм, поэтому форма имела резонанс толщины в пределах полосы пропускания преобразователей, что увеличивает передачу энергии. При такой конфигурации можно было проверять хорошо уплотненные ламинаты с количеством слоев до 30, и оценка заключается в том, что максимальная толщина, которая может быть проверена, составляет около 90 слоев. Также было возможно обнаружить присутствие тефлоновых (10 х 10 мм) вставок на разных глубинах с потерей амплитуды около 7-12 дБ по сравнению с областями без вставок. Наконец, в документе раскрывается, что одним из ключевых факторов, определяющих возможность проверки укладки препрега слоистых углепластика, является затухание ультразвука. Это ослабление в значительной степени определяется степенью уплотнения ламината; в случае слабо уплотненных ламинатов он может быть на порядок больше, чем в случае хорошо уплотненных ламинатов.

About the authors

T. A Dzhabrailov

Ulyanovsk State Technical University

Email: tqayar@yandex.ru
Ulyanovsk, Russia

I. A Shchukarev

Ulyanovsk State Technical University

Email: schykar@mail.ru
Ulyanovsk, Russia

A.S. A. Al-Mesri

Ulyanovsk State Technical University

Email: ali_almassry@mail.com
Ulyanovsk, Russia

E. V Chernenkaya

Ulyanovsk State Technical University

Email: lekalav@mail.ru
Ulyanovsk, Russia

References

Supplementary files