Обзор сенсорных технологий для неразрушающего контроля конструкционных композиционных материалов

Растущий спрос на промышленные композиционные материалы и расширение разнообразия областей их применения, а также неспособность современных методов неразрушающего контроля (НК) выполнять детальное обследование таких материалов обусловили необходимость подготовки данного комплексного обзора сенсорных технологий. Неразрушающий контроль может стать универсальным инструментом для технического обслуживания композиционных конструкций, эксплуатируемых в опасных и труднодоступных условиях, например на морских ветровых электростанциях и атомных электростанциях. Поэтому при разработке будущих решений на основе композиционных материалов необходимо учитывать специфические требования таких дорогостоящих и критически важных применений. Композиционные материалы отличаются внутренней сложностью вследствие их анизотропных и неоднородных характеристик. Это создает значительные трудности для контроля и связанного с ним анализа данных при проведении НК. Например, обеспечение качества, сертификация композиционных конструкций и раннее обнаружение разрушения осложняются вариабельностью и допусками, связанными с производством композиционных материалов. Адаптация существующих методов НК для обнаружения и локализации дефектов в сложных материалах на нескольких масштабах длин представляет собой серьезную проблему, приводя к запаздывающей и ошибочной диагностике технического состояния конструкций. В статье представлен комплексный обзор методов НК, включая подробное рассмотрение принципов их работы, оборудования, преимуществ, ограничений и уровня применения для конструкционных композиционных материалов. Также приведено сравнение этих методов, позволяющее оценить перспективные направления развития прогнозирования и управления техническим состоянием (PHM) композиционных материалов. Современные исследования демонстрируют появление бесконтактных методов НК для конструкционных композиционных материалов, включая корреляцию цифровых изображений, инфракрасную томографию и перспективные методы на основе частотно-модулированных непрерывных волн; также обсуждаются причины их выбора по сравнению с более распространенными контактными методами НК, такими как ультразвуковой, акустический и пьезоэлектрический контроль. Анализ этой новой сенсорной модальности для композиционных материалов представлен в контексте современного уровня разработок и прогнозируемых будущих требований.