Исследователи из Пермского Политеха разработали уникальную технологию, которая позволяет мгновенно отслеживать разрушение ответственных конструкций. Это можно будет сделать с помощью Smart-слоев – оптоволоконных «нитей», которые внедряются внутрь изделий из композитных материалов, а также их можно крепить на поверхность готовых конструкций. Разработка, у которой пока нет аналогов в мире, поможет проводить мониторинг состояния изделий в режиме реального времени без остановки рабочего процесса производства.
Интеррогатор Astro X327 - устройство для приема и передачи сигналов с волоконно-оптических датчиков / ©Пресс-служба ПНИПУ
Результаты исследования ученые опубликовали в журналах AIP Conference Proceedings и Journal of Optical Technology. Работу они выполнили в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ.
“Сегодня для отслеживания деформации и разрушения ответственных конструкций применяют волоконно-оптические датчики, но устанавливать их на поверхность или внедрять в структуру изделий достаточно сложно, так как хрупкая волоконная линия может обломиться. Зарубежные ученые разработали для мониторинга специальные «упаковки» с толстыми стенками, но они искажают данные и непригодны для внедрения в структуру конструкции. Поэтому мы предложили применять тонкостенные Smart-слои.
Они смогут осуществлять диагностику в режиме реального времени и определять долговечность изделий, – рассказывает доцент кафедры «Механика композиционных материалов и конструкций», научный сотрудник Научно-образовательного центра акустических исследований, разработки и производства композитных и звукопоглощающих авиационных конструкций Пермского Политеха, кандидат технических наук Глеб Шипунов.
Пермские исследователи создали Smart-слои на основе волоконных брэгговских решеток и полимерных пленок. В отличие от аналогов, тонкие конструкции могут работать в широком диапазоне температур и обеспечивать высокую точность диагностики. Smart-слои можно быстро и эффективно устанавливать на поверхность любой конструкции из композитных материалов, не повреждая датчики контроля. При внедрении в структуру изделия оптоволокно не разрушается, а датчики не «теряются» в полимерном материале.
Другие системы мониторинга, которые используют сейчас, не всегда подходят для диагностики конструкций большого формата или требуют специального оборудования в дорогостоящих лабораториях и остановки процесса производства. “Оперативный удаленный мониторинг позволяет повысить стойкость и безопасность конструкций, сократив влияние человеческого фактора. Кроме того, за счет нашей разработки можно сократить финансовые и временные затраты предприятий на ремонт и техническое обслуживание”, – поясняет исследователь.
Чтобы изучить эффективность технологии, ученые Пермского Политеха провели серию испытаний вместе с коллегами из Центра экспериментальной механики и Института механики сплошных сред УрО РАН. Инновационная система мониторинга будет перспективна для внедрения в авиационной, аэрокосмической, горнодобывающей, железнодорожной, строительной областях и мостостроении, считают разработчики.
Ученые уже представили первые прототипы, которые готовы к внедрению на предприятиях. Сейчас разработка находится в поиске заинтересованных компаний, на базе которых можно будет провести опытно-конструкторские работы.
