«Умные композиты» обеспечивают мониторинг технического состояния инженерных объектов
Фото: измерительная система для проведения стресс–тестов в испытательной плите
Научным коллективом Института информационных и вычислительных технологий разработаны методы измерения пространственной деформации в композитных материалах и использования оптических преобразователей на основе волоконно–оптических датчиков PSBC (Photonic Smart Bragg Composites).
Одним из наиболее перспективных направлений структурного мониторинга композитов является интеграция в материал встроенных оптических датчиков (т. н. «умных» композитов).
В частности, оптоволоконные датчики на основе волоконных решёток Брэгга (ВРБ) привлекают большое внимание исследователей. Волоконно–оптические сенсоры обладают рядом уникальных преимуществ по сравнению с электрическими тензодатчиками: они имеют малые габариты и вес, не требуют электропитания, невосприимчивы к электромагнитным помехам, коррозии и взрывоопасным средам, а также допускают мультиплексирование десятков сенсоров в одном волокне для распределённых измерений. Такие датчики легко встраиваются в структуру композитного материала при его изготовлении при этом не ухудшая механических характеристик конструкции.
В результате композиционные материалы могут превратиться в «интеллектуальные», способные самостоятельно отслеживать своё напряжённо–деформированное состояние в режиме реального времени. Этот подход открывает возможности для реализации прогнозирующей диагностики и предиктивного технического обслуживания, снижая риск внезапных отказов и затраты на эксплуатацию.
В рамках исследования разработана и экспериментально реализована технология формирования композиционного материала с интегрированными волоконно-оптическими брэгговскими решётками, обеспечивающая возможность непрерывного внутреннего мониторинга деформационно-напряжённого состояния структуры.
Разработанный метод и технология Photonic Smart Bragg Composites (PSBC) ориентированы на использование в системах мониторинга технического состояния ответственных инженерных объектов. Встроенные фотонные датчики обеспечивают возможность преобразования композитной конструкции в самодиагностируемую Smart-систему, способную в режиме реального времени регистрировать и анализировать критические изменения напряжённо-деформированного состояния материала.
Результаты исследования открывают перспективы практического применения разработанных решений в различных отраслях промышленности – авиационно-космической (контроль элементов планера самолётов и корпусов космических аппаратов), строительной (мониторинг мостовых пролётов, оболочковых и арочных конструкций из полимерных композитов), энергетической (контроль состояния ветроэнергетических установок, трубопроводных систем) и других сферах.
Ожидается, что внедрение технологии Photonic Smart Bragg Composites позволит повысить надёжность и безопасность эксплуатации конструкций за счёт перехода от периодических инспекций к непрерывному автоматизированному контролю их технического состояния.
Разработанная технология PSBC и полученные результаты открывают широкие возможности для повышения безопасности и надёжности современных инженерных конструкций за счёт внедрения встроенных оптоволоконных сенсоров и интеллектуальных систем структурного мониторинга нового поколения.
Научно-исследовательская работа АР 19679153 «Исследование и разработка метода и технологии создания композитных структур со встроенными фотонными датчиками PSBC (Photonic Smart Bragg Composites)»
Научный руководитель А.Калижанова, доктор физико-математических наук, профессор
