Os materiais compostos tornaram-se parte integrante da indústria, usado em tecnologias de aviação e espaciais, bem como fabricação de automóveis e mineração. Contudo, avaliação de tensão interna com projetos de materiais compostos há muito tempo é um desafio. Cientistas do NUST MISIS Center of Composite Materials, liderado pelo professor Sergey Kaloshkin, propuseram agora um método sem contato de controle de tensão interna em compósitos poliméricos. Os pesquisadores relatam que agora é possível avaliar de forma mais eficaz o grau de danos internos durante a operação de peças de aeronaves, oleodutos, cascos de navios, e outras instalações industriais e de transporte.

Andrey Stepashkin, Candidato em Ciências Técnicas e Pesquisador Associado Sênior do NUST MISIS Center of Composite Materials, discutimos por que o problema de avaliação é tão crítico:"Existem materiais compostos nos quais a tensão interna atinge 95 por cento da resistência à tração após a fabricação. Ele irá rachar se adicionarmos um pouco mais de pressão. Por exemplo, uma série de materiais compostos, processamento excelente resistência ao calor e térmica e criado para a espaçonave Buran, apresentava alto nível de tensões internas devido às características de sua fabricação. Isso se tornou um grande problema. Para obter uma peça funcional de revestimento preto, 50 peças tiveram que ser jogadas fora. "

Não existe esse nível de estresse interno em plásticos de carbono, fibra de vidro, ou materiais compostos híbridos após a fabricação. Em vez de, tensões surgem e se acumulam sob a influência das cargas operacionais, o ambiente externo e o clima, o que pode causar danos ao material e reduzir sua capacidade de carga. Tais mudanças afetam a segurança operacional e devem ser identificadas em tempo hábil.

Existem métodos para controlar tensões em estruturas compostas, mas muitas vezes são inconvenientes, e às vezes não são aceitáveis ​​devido à precisão da previsão. Por exemplo, métodos sem contato (ultrassônico, detecção de falha acústica, shearografia) permitem aos pesquisadores detectar defeitos que já ocorreram, e não fornecem informações sobre as tensões no material ou sobre sua distribuição pela estrutura. Todos os métodos aceitos para avaliar o estado de tensão em uma estrutura requerem contato e conexão com o material usando sensores de filme adesivo. É por isso que detectar algo antes que um defeito apareça é atualmente impossível com métodos sem contato.

A ideia desta pesquisa é usar circuitos magnéticos moles amorfos de 10 a 60 mícrons de diâmetro para avaliar o estado de tensão em materiais compósitos. Durante a fase de fabricação, fios são colocados entre as camadas de fibra de carbono, formando uma grade sensível ao estresse.

O estado de estresse em torno do microfio afeta como a substância reage a campos magnéticos externos. De acordo, essas medições podem ser realizadas sem contato, uma conexão com o elemento de detecção, ou sensores adesivos - o sistema de detecção é embutido no material durante o estágio de fabricação. Também é importante que os pesquisadores só precisem usar um sensor, ao contrário de alguns métodos de detecção de falhas que exigem a exposição do equipamento em ambos os lados. Essa tecnologia simplifica significativamente, Acelera, e reduz o custo de avaliação do estado dos materiais compostos, tornando os reparos mais fáceis e permitindo previsões mais precisas sobre defeitos futuros, tudo sem contato.

Os pesquisadores descobriram como introduzir fios magnéticos macios no material composto e como garantir que as propriedades do material composto não se deteriorem. Da mesma forma, eles também dominaram diferentes modos de medição. Vários representantes das indústrias de aviação e espacial, bem como desenvolvedores de materiais compostos, elogiaram esta nova metodologia. De acordo com Andrey Stepashkin, os pesquisadores agora querem desenvolver um protótipo de campo e sistemas de medição baseados em dispositivos de laboratório.

“Demos o primeiro passo de uma longa jornada. Mas já vemos uma aplicação prática do nosso desenvolvimento. Além disso, ele tem mais recursos - a malha de micro-fio introduzida no material pode fornecer um dreno adicional da carga estática que ocorre nas estruturas de fibra de vidro. Nossos fios são perfeitamente capazes de substituir grades de metal que agora são inseridas nesses materiais, " ele adicionou.

O trabalho de pesquisa é publicado no Jornal de ligas e compostos .