|
DOI: 10.14489/td.2021.04.pp.028-037
Шкатов П. Н., Дидин Г. А., Ермолаев А. А.
ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ВИХРЕТОКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ К РАССЛОЕНИЯМ В МНОГОСЛОЙНЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ
(c.28-37)
Аннотация. Рассмотрена чувствительность вихретоковой дефектоскопии к наиболее опасным дефектам типа расслоений в многослойных углепластиковых материалах. Повышение чувствительности достигается благодаря раздельной регистрации и сравнению вихретоковых сигналов, получаемых от соответствующей группы слоев с углепластиковыми волокнами одинаковой ориентации. Возможность разделения вихретоковых сигналов связана с ярко выраженной анизотропией удельной электрической проводимости слоев, доминирующей в направлении волокон соответствующего слоя. Вихретоковые сигналы регистрируются вихретоковыми преобразователями (ВТП) с максимальной чувствительностью в заданном угловом направлении. Перед сканированием вихретоковые сигналы ВТП на бездефектном участке выравниваются. Влияние рабочего зазора на разность вихретоковых сигналов ВТП подавляется путем ее нормировки по одному из сигналов. Анализ регистрируемых при дефектоскопии сигналов от расслоений проведен на основе приближенной расчетной модели. Достоверность полученных результатов подтверждена сравнением с результатами экспериментов и расчетов методом конечных элементов.
Ключевые слова: вихретоковая дефектоскопия, многослойный углепластиковый материал, расслоение.
Shkatov P. N., Didin G. A., Ermolaev A. A.
INCREASING SENSITIVITY OF EDDY CURRENT NON-DESTRUCTIVE TESTING OF DELAMINATION IN CARBON-FIBER REINFORCED PLASTICS
(pp.28-37)
Abstract. The paper is concerned with increasing sensitivity of eddy current nondestructive testing of most dangerous delamination in carbon-fiber reinforced plastics (CFRP). Increased sensitivity is achieved by separate registration and comparison of eddy current signals obtained from a set of stratifications of carbon fibers with the same orientation. The separation of eddy current signals is possible due to pronounced anisotropy of the electrical conductivity of the layers dominant in the direction of the fibers of the corresponding layer. Eddy-current signals are registered by eddy current probes with maximum sensitivity in a given angular direction. Prior to the scan eddy current signals of the probe are leveled on a defect-free area. The influence of the working gap on the difference between the eddy current signals of the probe is suppressed by normalizing it according to one of the signals. The analysis of the registered signals from delamination has been performed using an approximate calculation model. The reliability of the obtained results has been confirmed by comparison with experimental results and calculations using the finite element method.
Keywords: eddy current non-destructive testing, CFRP, delamination.
П. Н. Шкатов (МИРЭА – Российский технологический университет, Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
Г. А. Дидин (ООО «Вихревик», Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
А. А. Ермолаев (МИРЭА – Российский технологический университет, Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
P. N. Shkatov (MIREA – Russian Technological University, Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
G. A. Didin (Vikhrevik, Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
A. A. Ermolaev (MIREA – Russian Technological University, Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Cheng J., Qiu J., Ji H. et al. Application of low frequency ECT method in noncontact detection and visualization of CFRP material // Composites. Pt B: Engineering. 2017. V. 110. P. 141 – 152.
2. Polimeno U., Meo M. Detecting barely visible impact damage detection on aircraft composites structures // Composite Structures. 2009. V. 91, Is. 4. P. 398 – 402.
3. Gong W., Chen J., Patterson E. A. Buckling and delamination growth behavior of delaminated composite panels subject to four-point bending // Composite Structures. 2016. V. 138. P. 122 – 133.
4. Ahmed T. J., Stavrov D., Bersee H. E. N., Beukers A. Induction welding of thermoplastic composites – an overview // Composites. Pt A: Applied Science and Manufacturing. 2006. V. 37, Is. 10. P. 1638 – 1651.
5. Long S., Yao X., Zhang X. Delamination prediction in composite laminates under low-velocity impact // Composite Structures. 2015. V. 132. P. 290 – 298.
6. Бойчук А. С., Генералов А. С., Диков И. А. Контроль деталей и конструкций из полимерных композиционных материалов с применением технологии ультразвуковых фазированных решеток // Авиационные материалы и технологии. 2017. № 1(46). С. 45 – 50.
7. Mizukami K., Watanabe Y. A simple inverse analysis method for eddy current-based measurement of through-thickness conductivity of carbon fiber composites // Polymer Testing. 2018. V. 69. P. 320 – 324.
8. Xu X., Ji H., Qiu. J. et al. Interlaminar contact resistivity and its influence on eddy currents in carbon fiber reinforced polymer laminates // NDT & E International. 2018. V. 94. P. 79 – 91.
9. Yu H., Heider D., Advani S. A 3D microstructure based resistor network model for the electrical resistivity of unidirectional carbon composites // Composite Structures. 2015. V. 134. P. 740 – 749.
10. Todoroki A., Tanaka M., Shimamura Y. Measurement of orthotropic electric conductance of CFRP laminates and analysis of the effect on delamination monitoring with an electric resistance change method // Composites Science and Technology. 2002. V. 62. P. 619 – 628.
11. Yamane T., Todoroki A. Doublet analysis of changes in electric potential induced by delamination cracks in carbon-fiber-reinforced polymer laminates // Composite Structures. 2017. V. 176. P. 217 – 224.
12. Suzuki Y., Todoroki A., Matsuzaki R., Mizutani Y. Impact-damage visualization in CFRP by resistive heating: Development of a new detection method for indentations caused by impact loads // Composites. Pt A: Applied Science and Manufacturing. 2012. V. 43, Is. 1. P. 53 – 64.
13. Cheng J., Ji H., Qiu J. et al. Role of interlaminar interface on bulk conductivity and electrical anisotropy of CFRP laminates measured by eddy current method // NDT & E International. 2014. V. 68. P. 1 – 12.
14. Bardl G., Nocke A., Hübner M. et al. Analysis of the 3D draping behavior of carbon fiber non-crimp fabrics with eddy current technique // Composites. Pt B: Engineering. 2018. V. 132. P. 49 – 60.
15. Chenga J., Qiua J., Takagib T. et al. Numerical analysis of correlation between fibre orientation and eddy current testing signals of carbon-fibre reinforced polymer composites // International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 2012. V. 39. P. 251 – 259.
16. Bouloudenine A., Feliachi M., Latreche M. El Hadi. Development of circular arrayed eddy current sensor for detecting fibers orientation and inplane fiber waviness in unidirectional CFRP // NDT & E International. 2017. V. 92. P. 30 – 37.
17. Koyama K., Hoshikawa H., Hirano T. Investigation of impact damage carbon fiber rainforced plastic (CEPR) by eddy current non-destructive testing // Intern. Conf. NDT in Canada 2011. Montreal – Quebec, 2 – 4 November 2011. Montreal – Quebec, 2011. P. 582 – 594.
18. Mizukami K., Mizutani Y., Kimura K. et al. Visualization and size estimation of fiber waviness in multidi-rectional CFRP laminates using eddy current imaging // Composites. Pt A. V. 90. 2016. P. 261 – 270.
19. Wang H., Long S., Zhang X., Yao X. Study on the delamination behavior of thick composite laminates under lowenergy impact // Composite Structures. 2018. V. 184. P. 461 – 73.
20. Mizukami K., Mizutani Y., Kimura K. et al. Visualization and size estimation of fiber waviness in multidirectional CFRP laminates using eddy current imaging // Composites. Pt A. 2016. V. 90. P. 261 – 270.
21. Zeng Z., Jiao S., Du F. et al. Eddy current testing of delamination in carbon fiber reinforced polymer (CFRP): A Finite Element Analysis // Journal Research in Nondestructive Evaluation. 2018. V. 29, Is. 4. P. 199 – 211.
22. Zeng Z., Tian Q., Wang H. et al. Testing of delamination in multidi-rectional carbon fiber reinforced polymer laminates using the vertical eddy current method // Composite Structures. 2019. V. 208. P. 314 – 321.
23. Mizukami K., Syukri bin Ibrahim A., Ogi K. et al. Enhancement of sensitivity to delamination in eddy current testing of carbon fiber composites by varying probe geometry // Composite Structures. 2019. V. 226. P. 111227. ISSN 0263-8223; https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111227
24. ПатRU № 2733942C1, МПК G 01 N 27/90. Вихретоковый преобразователь для контроля качества углепластиковых объектов / П. Н. Шкатов, Г. А. Дидин; заявл. 24.07.2019; опубл. 08.10.2020. Бюл. № 28.
25. Шкатов П. Н., Дидин Г. А., Ермолаев А. А. Вихретоковый преобразователь с улучшенными характеристиками для неразрушающего контроля углепластиковых материалов // Сб. докл. Российской НТК с международным участием «Инновационные технологии в электронике и приборостроении»» («РНТК ФТИ – 2020») Физико-технологического института РТУ МИРЭА. Москва, 16 – 17 апреля 2020 г. Т. 2. М., 2020. С. 320 – 325.
26. Пат. RU 2729457C1, МПК G 01 N 27/90. Способ вихретокового контроля углепластиковых объектов / П. Н. Шкатов, Г. А. Дидин; заявл. 24.07.2019; опубл. 08.10.2020. Бюл. № 28.
27. Шкатов П. Н., Мякушев К. В., Дидин Г. А., Ермолаев А. А. Математическое моделирование взаимодействия вихретокового преобразователя и многослойного углепластикового объекта с расслоением // Приборы. 2019. № 7. С. 37 – 46.
28. Shkatov P. N., Didin G. A., Subbotin D. E., Kokurov A. M. Study of Interaction of Eddy Current Probes and Delamination in Multidirectional CFRP // Materials Science Forum. 2019. V. 970. P. 305 – 313. 29. Федосенко Ю. К., Шкатов П. Н., Ефимов А. Г. Вихретоковый контроль. М.: Издательский дом «Спектр», 2014. 240 с.
30. Jiao S., Li J., Du F. et al. Characteristics of Eddy Current Distribution in Carbon Fiber Reinforced Polymer // Hindawi Publishing Corporation Journal of Sensors. 2016. V. 2016. Article ID 4292134, 8 pages. URL: http://dx.doi.org/10.1155/2016/4292134
31. Cheng J., Wang B., Xu D. et al. Resistive Loss Considerations in the Finite Element Analysis of Eddy Current Attenuation in Anisotropic Conductive Composites // NDT & E International. 2021. 102403, ISSN 0963-8695, https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2021.102403
1. Cheng J., Qiu J., Ji H. et al. (2017). Application of low frequency ECT method in noncontact detection and visualization of CFRP material. Composites. Part B: Engineering, Vol. 110, pp. 141 – 152.
2. Polimeno U., Meo M. (2009). Detecting barely visible impact damage detection on aircraft composites structures. Composite Structures, Vol. 91, (4), pp. 398 – 402.
3. Gong W., Chen J., Patterson E. A. (2016). Buckling and delamination growth behavior of delaminated composite panels subject to four-point bending. Composite Structures, Vol. 138, pp. 122 – 133.
4. Ahmed T. J., Stavrov D., Bersee H. E. N., Beukers A. (2006). Induction welding of thermoplastic composites – an overview. Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 37, (10), pp. 1638 – 1651.
5. Long S., Yao X., Zhang X. (2015). Delamination prediction in composite laminates under low-velocity impact. Composite Structures, Vol. 132, pp. 290 – 298.
6. Boychuk A. S., Generalov A. S., Dikov I. A. (2017). Inspection of parts and structures made of polymer composite materials using ultrasonic phased array technology. Aviatsionnye materialy i tekhnologii, 46(1), pp. 45 – 50. [in Russian language]
7. Mizukami K., Watanabe Y. (2018). A simple inverse analysis method for eddy current-based measurement of through-thickness conductivity of carbon fiber composites. Polymer Testing, Vol. 69, pp. 320 – 324.
8. Xu X., Ji H., Qiu. J. et al. (2018). Interlaminar contact resistivity and its influence on eddy currents in carbon fiber reinforced polymer laminates. NDT & E International, Vol. 94, pp. 79 – 91.
9. Yu H., Heider D., Advani S. (2015). A 3D microstructure based resistor network model for the electrical resistivity of unidirectional carbon composites. Composite Structures, Vol. 134, pp. 740 – 749.
10. Todoroki A., Tanaka M., Shimamura Y. (2002). Measurement of orthotropic electric conductance of CFRP laminates and analysis of the effect on delamination monitoring with an electric resistance change method. Composites Science and Technology, Vol. 62, pp. 619 – 628.
11. Yamane T., Todoroki A. (2017). Doublet analysis of changes in electric potential induced by delamination cracks in carbon-fiber-reinforced polymer laminates. Composite Structures, Vol. 176, pp. 217 – 224.
12. Suzuki Y., Todoroki A., Matsuzaki R., Mizutani Y. (2012). Impact-damage visualization in CFRP by resistive heating: Development of a new detection method for indentations caused by impact loads. Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 43, (1), pp. 53 – 64.
13. Cheng J., Ji H., Qiu J. et al. (2014). Role of interlaminar interface on bulk conductivity and electrical anisotropy of CFRP laminates measured by eddy current method. NDT & E International, Vol. 68, pp. 1 – 12.
14. Bardl G., Nocke A., Hübner M. et al. (2018). Analysis of the 3D draping behavior of carbon fiber non-crimp fabrics with eddy current technique. Composites. Part B: Engineering, Vol. 132, pp. 49 – 60.
15. Chenga J., Qiua J., Takagib T. et al. (2012). Numerical analysis of correlation between fibre orientation and eddy current testing signals of carbon-fibre reinforced polymer composites. International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, Vol. 39, pp. 251 – 259.
16. Bouloudenine A., Feliachi M., Latreche M. El Hadi. (2017). Development of circular arrayed eddy current sensor for detecting fibers orientation and in-plane fiber waviness in unidirectional CFRP. NDT & E International, Vol. 92, pp. 30 – 37.
17. Koyama K., Hoshikawa H., Hirano T. (2011). Investigation of impact damage carbon fiber rainforced plastic (CEPR) by eddy current non-destructive testing. International Conference NDT in Canada, pp. 582 – 594. Montreal – Quebec.
18. Mizukami K., Mizutani Y., Kimura K. et al. (2016). Visualization and size estimation of fiber waviness in multidi-rectional CFRP laminates using eddy current imaging. Composites. Part A, Vol. 90, pp. 261 – 270.
19. Wang H., Long S., Zhang X., Yao X. (2018). Study on the delamination behavior of thick composite laminates under low-energy impact. Composite Structures, Vol. 184, pp. 461 – 73.
20. Mizukami K., Mizutani Y., Kimura K. et al. (2016). Visualization and size estimation of fiber waviness in multidirectional CFRP laminates using eddy current imaging. Composites. Part A, Vol. 90, pp. 261 – 270.
21. Zeng Z., Jiao S., Du F. et al. (2018). Eddy current testing of delamination in carbon fiber reinforced polymer (CFRP): A Finite Element Analysis. Journal Research in Nondestructive Evaluation, Vol. 29, (4), pp. 199 – 211.
22. Zeng Z., Tian Q., Wang H. et al. (2019). Testing of delamination in multidirectional carbon fiber reinforced polymer laminates using the vertical eddy current method. Composite Structures, Vol. 208, pp. 314 – 321.
23. Mizukami K., Syukri bin Ibrahim A., Ogi K. et al. (2019). Enhancement of sensitivity to delamination in eddy current testing of carbon fiber composites by varying probe geometry. Composite Structures, Vol. 226. ISSN 0263-8223. Available at: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111227
24. Shkatov P. N., Didin G. A. Eddy current transducer for quality control of CFRP objects. Ru Patent No. 2733942C1. Russian Federation. [in Russian language]
25. Shkatov P. N., Didin G. A., Ermolaev A. A. (2020). Advanced Eddy Current Transducer for Non-Destructive Inspection of CFRP Materials. Collection of reports of the Russian STC with international participation "Innovative technologies in electronics and instrumentation" ("RNTK FTI - 2020") Physics and Technology Institute RTU MIREA, Vol. 2, pp. 320 – 325. Moscow. [in Russian language]
26. Shkatov P. N., Didin G. A. Eddy current testing of carbon fiber objects. Ru Patent No. 2729457C1. Russian Federation. [in Russian language]
27. Shkatov P. N., Myakushev K. V., Didin G. A., Ermolaev A. A. (2019). Mathematical modeling of the interaction of an eddy-current transducer and a multilayer CFRP object with delamination. Pribory, (7), pp. 37 – 46. [in Russian language]
28. Shkatov P. N., Didin G. A., Subbotin D. E., Kokurov A. M. (2019). Study of Interaction of Eddy Current Probes and Delamination in Multidirectional CFRP. Materials Science Forum, Vol. 970, pp. 305 – 313.
29. Fedosenko Yu. K., Shkatov P. N., Efimov A. G. (2014). Eddy current control. Moscow: Izdatel'skiy dom «Spektr». [in Russian language]
30. Jiao S., Li J., Du F. et al. (2016). Characteristics of Eddy Current Distribution in Carbon Fiber Reinforced Polymer. Hindawi Publishing Corporation. Journal of Sensors, Vol. 2016. Article ID 4292134. Available at: http://dx.doi.org/10.1155/2016/4292134
31. Cheng J., Wang B., Xu D. et al. (2021). Resistive Loss Considerations in the Finite Element Analysis of Eddy Current Attenuation in Anisotropic Conductive Composites. NDT & E International. ISSN 0963-8695. Available at: https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2021.102403
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 450 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2021.04.pp.028-037
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 450 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2021.04.pp.028-037
and fill out the form
.
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»