Следующий | Нанкин 3003 Компания Алюминиевой Фольги, ООО

В этом исследовании сообщается об измерении оптической деформации нового поколения с помощью «умной кожи, чувствительной к деформации» (S4) и сравнении его характеристик с признанным методом корреляции цифровых изображений (DIC). S4 измеряет вызванные деформацией сдвиги длин волн излучения одностенных углеродных нанотрубок, встроенных в тонкую пленку на образце. Новая пленка S4 улучшает спектральную однородность датчиков нанотрубок, позволяет избежать необходимости отжига при повышенных температурах и позволяет проводить параллельные измерения DIC. Карты бесконтактной деформации, измеренные с помощью пленок S4 и точечного сканирования, напрямую сравнивались с картами DIC на акриловых, бетонных и алюминиевых испытательных образцах, включая образец с подповерхностными повреждениями. Признаки деформации более четко выявлялись при S4, чем при ДВС-синдроме. Моделирование методом конечных элементов также показало более близкое согласие с результатами S4, чем с результатами DIC. Эти результаты подчеркивают потенциал технологии измерения деформации S4 как многообещающей альтернативы или дополнения к существующим технологиям, особенно когда накопленные деформации необходимо обнаруживать в структурах, которые не находятся под постоянным наблюдением.

Концентрация напряжений – это место, в котором механическое напряжение значительно выше, чем в окружающей зоне. Это может произойти при наличии нарушений в геометрии или материале конструктивного элемента. Хрупкие материалы обычно выходят из строя в таких местах с высоким напряжением из-за разрушения и растрескивания. Вместо этого для пластичных материалов концентрация напряжений может вызвать локализованную пластическую деформацию и текучесть. Кроме того, усталостные трещины и трещины из-за низкоуровневых, но высокочастотных нагрузок также будут расти в областях концентрации напряжений и вызывать повреждения. Многие случаи разрушения конструкций зданий, мостов, кораблей и самолетов тесно связаны с концентрацией напряжений-деформаций. Как прямой индикатор воздействия концентрации напряжений, измерение деформации играет важную роль в мониторинге состояния конструкций (SHM) и неразрушающем контроле. По этой причине за последние десятилетия было проведено множество аналитических, численных1,2,3 и экспериментальных исследований с целью изучения структурных деформаций и повреждений, вызванных различными условиями нагрузки.

Экспериментальные методы измерения деформации можно разделить на две основные категории: контактные и бесконтактные методы. В контактном тензодатчике наиболее широко используются пьезорезистивные датчики и датчики на волоконных брэгговских решетках (ВБР). К пьезорезистивным тензодатчикам относятся фольговые тензодатчики и другие датчики, изготовленные из материалов с пьезорезистивными свойствами, таких как углеродные нанотрубки (УНТ)4,5,6 и соединения металлов7,8,9. В пьезорезистивных материалах проводимость изменяется с деформацией по линейной зависимости10. Напротив, датчики ВБР являются оптическими и обладают такими преимуществами, как нечувствительность к электромагнитным помехам, небольшие размеры и устойчивость к коррозии11,12,13. Однако как для пьезорезистивных, так и для ВБР-датчиков деформация измеряется точечно в отдельном направлении, что приводит к высокой стоимости и низкому пространственному разрешению, когда требуется картирование деформации по всему полю. Эти датчики наиболее полезны, когда пользователи заранее знают места концентрации напряжения и могут использовать их соответствующим образом.

Оптические бесконтактные методы измерения деформации имеют два основных преимущества. Один из них — избежать необходимости электрических или оптоволоконных соединений между датчиками и измерительным устройством. Другой показывает распределение деформации в интересующей двумерной области, что важно для обнаружения повреждений и изучения поведения разрушения. В настоящее время полнопольные оптические бесконтактные методы измерения деформации можно классифицировать как: (1) интерферометрические14,15,16,17,18,19,20,21,22,23, (2) основанные на изображениях или ( 3) спектроскопический. Интерферометрические методы измеряют смещения материала в микрометровом масштабе на основе оптических интерференционных картин. Они могут быть очень чувствительны к изменению поля деформации, но подходят только для измерения структуры небольших моделей в лабораторных условиях.