СИСТЕМА МОНИТОРИНГА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ МЕХАНОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СЕНСОРОВ

В настоящее время отмечается интенсивное применение композиционных материалов для создания различных деталей авиационной техники. Незаменимость композитов обеспечивается сочетанием таких важнейших характеристик, как высокая механическая прочность, теплостойкость, коррозионная стойкость, малая плотность. Благодаря своей сложной структуре композиционные панели могут обладать интеллектуальным свойством самодиагностики своего состояния. Структурно-композиционная панель представляет собой матрицу, армированную волокнами. При встраивании в сеть армирующих стекловолокон оптических датчиков, передающих излучение в качестве информативного сигнала, можно создать автономную информационно-измерительную систему. Для контроля напряженно-деформированного состояния композиционных конструкций предложено встраивать в структуру композитов механолюминесцентные сенсоры. Способностью к генерации излучения при механическом нагружении (механолюминесценции) обладают кристаллофосфоры группы АIIBVI. Такие сенсоры являются светогенерационными, энергонезависимыми, твердотельными, миниатюрными. При деформировании композитной конструкции сенсоры генерируют механолюминесцентное излучение, передающееся по армирующим волокнам на фотоприемное устройство и в блок обработки сигнала, в котором анализируется локализация и величина механического воздействия на композитную панель. В статье описаны физические основы механолюминесцентных сенсорных элементов, представлена математическая модель преобразования, позволяющая рассчитать выходной световой поток сенсора при механических воздействиях разных по длительности и по величине. На основе математической модели написано приложение в программе в MATLAB для моделирования оптического сигнала сенсоров с различными параметрами при изменении амплитудно-временных параметров входного воздействия. По математической модели был разработан алгоритм обработки сигнала механолюминесцентного сенсора, позволяющий выполнить обратное преобразование – по световому потоку восстановить параметры входного механического воздействия.

1. Nikhil V. Nayak. Composite materials in aerospace application. International Journal of Scientific and Research Publications, 2014, Vol. 4, Iss. 9, pp. 20–31.

2. Campbell F.C. Structural composite materials. ASM international, 2010, 629 p.

3. Gay D., Suong V. Hoa, Tsai S.W. Composite materials design and application. CRC Press LLC, 2003, 524 p.

4. Mallick P.K. Fiber-reinforced composite materials, manufacturing and design, Taylor & Francis Group, LLC, 2007, 617 p.

5. Composite materials for aircraft structures. Edited by Alan Baker, Stuart Dutton, Donald Kelly. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., 2004, 597 p.

6. Lau K.T. Structural health monitoring for smart composites using embedded FBG sensor technology. Materials Science and Technologies, 2014, Vol. 30, No 13a, pp. 1642–1654.

7. Sage I., Humberstone L., Oswald I., Lloyd P., Bourhill G. Getting light through black composites: embedded triboluminescent structural damage sensors. Smart Mater. Struct. 2001, № 10, pp. 332–337.

8. Fontenot R.S., Bhat K.N., Hollerman W.A., and Aggarwal M.D. Triboluminescent materials for smart sensors. Materials today, 2011, Vol. 14, No 6, pp. 292–293.

9. Татмышевский К.В., Макарова Н.Ю., Павлов Д.Д. Математическое моделирование механолюминесцентного сенсора давления // Автоматизация в промышленности. 2010. № 10. C. 56–60.

10. Грибов А.Ф., Шахтарин Б.И. Обоснование обобщенного метода квазигармонической линеаризации // Вестник московского государственного университета им Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. 2014. № 1 (52). С. 3–16.