CC BY
15:Контроль и испытания ракетно-космической техники
rocket and space hardware] // Space Engineering and Technology. 2014. № 3 (6). P. 71-80 (In Russ.)
2. Kozlova N. I. [Simulation of the worm gear drive for the production of elastic profile] // Youth and Science: Prospect Svobodnyi-2016. 15-25 of April 2016, Krasnoyarsk, 2016. P. 83-85. (In Russ.)
3. Sayfetdinova Y. R., Lukin R. S. [Improving the design of the precision drive] // Youth and Science: Prospect Svobodnyi-2016. 15-25 of April 2016. Krasnoyarsk, 2016. P. 22-26. (In Russ.)
© Козлова H. И., Лукин P. C., 2016
УДК 51-73, 53.096, 53.097
ДИАГНОСТИКА ЗАПАСА ЖИВУЧЕСТИ И КОНТРОЛЬ СПЛОШНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Я. С. Крюкова
Новокузнецкий институт (филиал) «Кемеровский государственный университет» Российская Федерация, 654041, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Циолковского, 23
E-mail: [email protected]
Разработаны методики диагностики дефектов сплошности конструкций из углеродных композитов и оценки их живучести, основанные на измерении электрических и температурных полей в свободном состоянии и при силовом нагружении.
Ключевые слова: углеродный композиционный материал, неразрушающий контроль, дефекты сплошности, живучесть конструкции, электрический потенциал, температурное поле.
DURABILITY DIAGNOSIS RESERVE AND CONTINUITY CONTROL STRUCTURES MADE
OF CARBON COMPOSITE MATERIALS
Ya. S. Kryukova
Novokuznetsk Institute (Branch) «Kemerovo State University» 23, Tsiolkovsky Street, Novokuznetsk, Kemerovo region, 654041, Russian Federation
E-mail: [email protected]
The paper describes a method to diagnose defects of continuity of structures made of carbon composites and evaluate their durability, based on the measurement of electrical and temperature fields in the free state and power loading.
Keywords: carbon composite material, non-destructive testing, continuity defects, durability of structure, electric potential, temperature field.
Конструкции из углеродных композиционных материалов (оболочечные и сетчатые конструкции) получили широкое распространение в ракетно-космической отрасли благодаря высоким прочностным свойствам и малой массе. Однако остаются актуальными проблемы контроля качества и повышения ресурса таких конструкций, которые требуют применения неразрушающих методов контроля. Для прогнозирования остаточного ресурса и обеспечения безопасной эксплуатации конструкций необходимо осуществлять контроль параллельно по нескольким методам, основывающимся на разных физических явлениях.
Применение электродиагностики методом сопротивлений для контроля сплошности конструкций из электропроводных композитов. Диагностика несплошностей в изделиях из электропроводных композитов с использованием полей электрического тока представляется достаточно перспективной, поскольку
наличие дефекта приводит к существенному изменению электрического сопротивления материала [1—3]. Предлагаемая методика контроля сплошности основана на измерении кажущегося электрического сопротивления изделия (отношения разности потенциалов в двух точках на поверхности изделия к силе тока, пропускаемого через питающие электроды) с использованием высокочувствительных измерительных приборов [4].
Экспериментальное исследование оболочки из композиционного материала на углеродной основе с защитным высокотемпературным покрытием на основе карбида кремния толщиной 0,2 мм на установке (рис. 1, а) позволило построить дефектограмму изделия (рис. 1, б).
Измерения на объектах с известными размерами дефектов показали возможность обнаруживать дефекты размером от 10 мм, что в 1,5-2 раза превышает чувствительность ультразвукового метода [4].
<Тешетневс^ие чтения. 2016
Рис. 1. Исследование оболочки из композиционного материала: а - установка для электродефектоскопии: 1 - милливольтметр В3-38; 2 - мультиметр DT9205A; 3 - блоки измерительных электродов; 4 - блок питания и коммутации; 5 - штанги; 6 - образец; 6 - дефектограмма оболочки в виде линий уровня кажущихся сопротивлений (мОм)
Рис. 2. Термограмма сетчатой конструкции: а - в начале; 6 - в конце первого нагружения: 1-11 - области начальных разрушений
Применение теплового контроля для оценки живучести сетчатых композиционных конструкций. Наряду с измерениями электрического сопротивления были рассмотрены также термомеханические эффекты. В сетчатой конструкции появление дефекта может приводить к перераспределению нагрузок между ребрами, что снижает опасность дальнейшего разрушения. Возникает потребность в нераз-рушающем контроле, позволяющем оценивать опасность прогрессирующего разрушения сетчатой конструкции по косвенным данным - повышению температуры в зоне возникающих повреждений при нагруже-нии [5].
Термомеханические процессы при нагружении сетчатой оболочки описываются моделью, чувствительной к образованию структурных дефектов в сетчатой конструкции. Моделирование показало, что перераспределение нагрузки со «слабых» ребер вызывает появление тепловых пятен при первом нагруже-нии, а при последующих нагружениях разрушения конструкции не происходит.
Результаты расчета полей температуры согласуются с данными эксперимента на сетчатых конструкциях из углепластика и подтверждают наличие запаса живучести исследованной конструкции. На рис. 2 по-
казана диаграмма изменения температуры в сетчатой конструкции после нагружения. Термограмма каждой области (рис. 2, 6) имеет несколько скачков с быстрым остыванием в одной и той же точке, что свидетельствует о перераспределении нагрузки со «слабых» ребер на соседние. До момента разрушения «слабых» ребер конструкция деформируется упруго.
Спустя 8 минут после второго нагружения было произведено еще одно. Аналогично второму нагруже-нию распределение температур не изменяется со временем. Это говорит о том, что произошедшие начальные разрушения далее не развивались в магистральную трещину. Таким образом, рассмотренная конструкция имеет запас живучести (начальные разрушения не развиваются при повторных нагружениях).
Результаты исследования показывают практическую применимость предлагаемых способов контроля при диагностике конструкций.
Библиографические ссылки
1. Бурнышева Т. В., Каледин В. О., Крюкова Я. С. Эффективные коэффициенты электропроводности кусочно-однородной среды // Научно-технический вестник Поволжья. 2013. № 2. С. 146-149.
Контроль и испытания ракетно-космической техники
2. Идентификация модели поля точечных источников тока в ортотропном цилиндре / В. О. Каледин, Я. C. Крюкова, Е. А. Вячкина и др. // Вестник Кеме-ров. гос. ун-та. 2014. № 3 (59). Т. 3. C. 107-112.
3. Каледин В. О., Крюкова Я. C., Рудаков C. Г. Исследование влияния структурных параметров периодически неоднородной среды на эффективные коэффициенты электропроводности // Науч. вестник Новосиб. гос. техн. ун-та. 2014. № 1 (54). C. 88-92.
4. Неразрушающий контроль конструкций из углеродных материалов на основе регистрации поля точечных источников тока / О. Н. Будадин, А. А. Кульков и др. // Контроль. Диагностика. 2015. № 1. C. 46-52.
5. Тепловой неразрушающий контроль изделий / О. Н. Будадин, А. И. Потапов, В. И. Колганов и др. М. : Наука, 2002. 476 с.
References
1. Burnysheva T. V., Kaledin V. O., Kryukova Ya. S. [Efficient factors of electric conductivity of piecewise
homogeneous medium] // Scientific and technical Volga region bulletin. 2013. № 2. P. 146-149.
2. [Identification of the model of point current sources field in the orthotropic cylinder] / V. O. Kaledin, Ya. S. Kryukova, E. A. Vyachkina and other // Bulletin of Kemerovo state university. 2014. № 3 (59). Vol. 3. P. 107-112.
3. Kaledin V. O., Kryukova Ya. S., Rudakov S. G. [Investigation of the influence of structural parameters of a periodically inhomogeneous medium on the effective coefficients of conductivity] // Science bulletin of NSTU. 2014. № 1 (54). P. 88-92.
4. [Nondestructive inspection of Carbon Composite Structures based on monitoring a point current-sources field] / O. N. Budadin, A. A. Kul'kov and other // Testing. Diagnostics. 2015. № 1. P. 46-52.
5. Teplovoj nerazrushajushhij kontrol' izdelij [Thermal non-destructive testing products] / O. N. Budadin, A. I. Potapov, V. I. Kolganov and other. Moscow, Nauka publ., 2002. 476 p.
© Крюкова Я. С., 2016
УДК 629.78.015
О ПРОБЛЕМАХ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ ОТРАБОТКЕ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
C. А. Орлов, C. А. Рябушкин, В. И. Копытов
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Рассматриваются проблемы, возникающие при нормировании и отработке бортовой аппаратуры КА, когда заказчик и подрядчик пользуются разными нормативными документами. Обосновывается необходимость корректировки существующих отраслевых стандартов.
Ключевые слова: космический аппарат, аппаратура, нагрузки, механические испытания, коэффициент безопасности.
ABOUT PROBLEMS THAT MAY OCCUR DURING MECHANICAL TESTING OF THE SC ONBOARD EQUIPMENT
S. A. Orlov, S. A. Ryabushkin, V. I. Kopytov
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article discusses the problems encountered in the standardization and testing of spacecraft on-board equipment, when a customer and a contractor use a variety of normative documents. The article substantiates the need to adjust the existing industry standards.
Keywords: spacecraft, equipment, load, mechanical testing, safety factor.
В настоящее время отечественные и зарубежные космические аппараты (КА) стали выполнять по негерметичной схеме. В конструктивно-компоновочной схеме таких КА применяются конструкции из композиционных материалов и сотовые панели.
В результате этого меняются жёсткостные и демпфирующие свойства КА, способы крепления бортовой аппаратуры (БА), и как следствие, нагрузки при эксплуатации на сами КА и входящую в их состав аппаратуру.
