Композитные материалы (например, углепластики) — важная часть современных технологий. Их слои объединяют разные свойства, позволяя создавать материалы с нужными характеристиками: например, жаропрочные или морозостойкие, а также «самодиагностирующиеся» изделия.
Но есть проблема: слои могут расслоиться — этот процесс называют деламинацией. В результате материал перестает быть единым целым и держится лишь на нитях углеродных волокон. Этой проблеме посвящено исследование профессора кафедры технической механики ЮУрГУ, доктора технических наук Сергея Сапожникова, рассказали в пресс-службе Минобрнауки РФ.
Акустическая эмиссия — это звуки разрушения материала, похожие на треск гнущейся ветки, но на частотах, недоступных человеческому уху. Датчики акустической эмиссии улавливают их в углепластике. Во время тестов на расслоение композита датчики записывали звуковые сигналы разрушения, обрабатывали их с помощью вейвлетов для компьютерного анализа, а затем поверхность разрушения изучали под электронным микроскопом.
Искусственный интеллект проанализировал данные и выделил четыре звуковых шаблона: растрескивание матрицы композита («тихий» сигнал малой амплитуды, соответствующий микротрещинам), отслоение волокна от матрицы, вытягивание волокна (громкий длинный сигнал с высокой частотой) и разрыв волокна (высокочастотныекороткие импульсы).
Ученые ввели параметр AEER, который он показывает, сколько акустической энергии накапливается при росте трещины (на миллиметр ее длины). Оказалось, что при вытягивании волокон из матрицы выделяется намного больше энергии, чем при других повреждениях. При этом трение создает межслойные «мостики», которые замедляют распространение трещины.
Измерение AEER и межслойной вязкости (GIC) поможет быстро диагностировать повреждения углепластика. Кроме того, эти данные подскажут, как повысить трещиностойкость композитов, например, с помощью технологии фелтинга, которая позволяет целенаправленно создавать «мостики» между слоями.
Пока ученые готовят по данной теме ряд работ, создавая базу для заявки на грант РНФ-Китай в 2027 году. Работа ведется совместно с коллегами из Харбинского Политеха (Китай), а также из Католического университета Левена (Бельгия) и Миланского Политеха (Италия). Исследование опубликовано в журнале «Наука и технологии композитов» (Composites Science and Technology).
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что материал, который проверяет сам себя, поможет повысить безопасность сооружений и снизить затраты на их обслуживание.
