Bahan komposit menembus hampir semua bidang kehidupan kita, tetapi sangat kuat - ke semua jenis transportasi. Dan sejak awal implementasinya, ada masalah dalam menilai tekanan internal pada struktur yang terbuat dari material komposit, baik pada tahap pembuatannya maupun dalam penggunaannya.
Para ilmuwan dari Pusat Bahan Komposit NUST "MISiS" di bawah bimbingan Profesor Sergei Kaloshkin mengusulkan metode non-kontak untuk mengendalikan tekanan internal pada komposit polimer. Menggunakan metode baru, jauh lebih sederhana dan lebih murah untuk menilai keadaan stres dan tingkat kerusakan internal selama pengoperasian struktur yang terbuat dari bahan komposit, seperti bagian-bagian pesawat terbang, bejana tekan, lambung kapal.
Mengapa masalah evaluasi sangat penting, kata salah satu penulis karya, peneliti senior di Pusat Bahan Komposit NUST "MISiS" Ph.D. Andrey Stepashkin: “Ada bahan komposit di mana tegangan internal setelah pembuatan mencapai 95% dari kekuatan tarik. Artinya, dia akan menambah sedikit ketegangan - dan dia akan retak. Misalnya, sejumlah material komposit yang dibuat untuk pesawat ruang angkasa Buran yang dapat digunakan kembali, memiliki ketahanan panas dan ketahanan panas yang sangat baik, memiliki tekanan internal tingkat tinggi karena kekhasan teknologi manufaktur mereka. Ini menjadi masalah besar: untuk mendapatkan satu produk dari bahan Gravimol (yang digunakan untuk kelongsong hitam kapal), butuh lima puluh untuk menikah ”.
Dalam plastik karbon, fiberglass, bahan komposit hibrida setelah pembuatan tidak ada tingkat tekanan internal. Tetapi mereka muncul dan menumpuk di bawah pengaruh beban operasional, lingkungan eksternal dan faktor cuaca, yang dapat menyebabkan kerusakan pada material dan penurunan daya dukungnya. Perubahan seperti itu memengaruhi keselamatan operasional dan perlu diidentifikasi tepat waktu.
Ada metode untuk mengendalikan tekanan dalam struktur komposit, tetapi sering kali tidak nyaman dan kadang-kadang tidak berlaku sama sekali karena akurasi perkiraan. Sebagai contoh, metode non-kontak (ultrasound, deteksi cacat akustik, scherografi) memungkinkan Anda untuk mendeteksi hanya cacat yang telah muncul dan tidak memberikan informasi tentang tekanan yang bekerja pada material, atau tentang distribusinya di seluruh tubuh struktur. Dan metode yang diterima untuk menilai keadaan tegangan dalam struktur adalah kontak dan memerlukan menghubungkan berbagai sensor film ke material menggunakan stiker, kata Andrey Stepashkin. Jadi, tahap "sebelum cacat" praktis tidak dicakup oleh metode tanpa kontak. Karena itu, kami mengembangkan metode semacam itu. ”
Idenya, yang tergabung dalam penelitian ini, adalah menggunakan kabel magnet lunak amorf dengan diameter 10-60 mikron untuk mengevaluasi keadaan tegangan dalam material komposit. Kabel pada tahap pembuatan diletakkan di antara lapisan serat karbon, membentuk kisi tegangan-sensitif.
Keadaan tegangan pada material yang mengelilingi microwire memengaruhi bagaimana zat dalam kawat bereaksi terhadap medan magnet eksternal. Dengan demikian, pengukuran ini dapat dilakukan tanpa kontak, elemen sensitif tidak perlu dihubungkan, stikernya tidak diperlukan, karena ditempelkan di dalam material hingga kedalaman yang diperlukan pada tahap pembuatan. Penting juga bahwa Anda hanya dapat menggunakan satu sensor, tidak seperti beberapa metode deteksi cacat yang diterapkan, untuk itu perlu mengatur peralatan di kedua sisi bagian yang dipelajari. Faktanya, teknologi ini secara signifikan menyederhanakan, mempercepat dan memurahkan proses penilaian keadaan komposit, memungkinkan tidak hanya untuk memperbaiki, tetapi juga untuk memprediksi penampilan cacat secara non-kontak.
Saat ini, para peneliti telah menemukan metode untuk menggabungkan kabel magnetik lunak ke dalam material komposit, memastikan bahwa sifat material komposit tidak memburuk dari ini, dan juga bekerja di berbagai mode pengukuran.
Metodologi ilmuwan pada tahap ini sudah diapresiasi oleh beberapa perwakilan dari industri ruang dan penerbangan, serta pengembang bahan komposit. Menurut Andrey Stepashkin, sekarang para peneliti harus "meninggalkan laboratorium": atas dasar perangkat laboratorium untuk mengembangkan prototipe "lapangan" sensor dan sistem pengukuran.
"Kami hanya mengambil langkah pertama dari perjalanan panjang," sang ilmuwan menekankan. "Tapi kita sudah melihat aplikasi praktis konkret dari perkembangan kita." Selain itu, ia memiliki fitur tambahan: mesh microwire yang dimasukkan ke dalam material dapat memberikan tambahan muatan statis yang timbul dalam struktur fiberglass. Kabel kami mungkin menggantikan mesh logam yang sedang dimasukkan ke dalam material ini sekarang. "
Para peneliti diterbitkan dalam
Journal of Alloys and Compounds .
Foto oleh:
Sergey Gnuskov