RU2742540C1 - Method of investigating adhesive joints of a multilayer helicopter rotor hub - Google Patents
Method of investigating adhesive joints of a multilayer helicopter rotor hub Download PDFInfo
- Publication number
- RU2742540C1 RU2742540C1 RU2020128100A RU2020128100A RU2742540C1 RU 2742540 C1 RU2742540 C1 RU 2742540C1 RU 2020128100 A RU2020128100 A RU 2020128100A RU 2020128100 A RU2020128100 A RU 2020128100A RU 2742540 C1 RU2742540 C1 RU 2742540C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layers
- multilayer
- torsion
- rotor hub
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
- G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к неразрушающему контролю многослойных конструкций из композиционных материалов, в частности к способам неразрушающего контроля склеенных многослойных конструкций методом рентгеновской компьютерной томографии со спиральным сканированием (СКТ) и может быть использовано на производстве при оценке качества клеевых соединений слоев из различных материалов. The invention relates to non-destructive testing of multilayer structures made of composite materials, in particular to methods of non-destructive testing of glued multilayer structures by X-ray computed tomography with spiral scanning (SCT) and can be used in production to assess the quality of adhesive joints of layers of various materials.
В настоящее время в конструкциях различной техники нашли широкое распространение ответственные детали, представляющие собой комбинации неразъёмно-соединённых путем склеивания слоев полимерных композиционных материалов, отличающихся между собой структурой, механическими характеристиками, адгезионными свойствами и другими показателями. Склеивание таких материалов является ответственным этапом производства, поскольку необходимо формирование сплошности клеевых соединений и равномерности распределения клея в контактирующих слоях.At present, critical parts are widely used in designs of various techniques, which are combinations of permanently connected layers of polymer composite materials by gluing, differing in structure, mechanical characteristics, adhesive properties and other indicators. Bonding of such materials is a crucial stage in production, since it is necessary to form the continuity of the adhesive joints and the uniformity of the distribution of the adhesive in the contacting layers.
Многослойные композиционные конструкции получают пропиткой связующим в специальных формах заготовок, набранных из нескольких слоев армирующей ткани, которые последовательно накладываются на оправки необходимой формы и прессуются. Завершающим этапом является полимеризация связующего при повышенных температурах и давлении.Multilayer composite structures are obtained by impregnation with a binder in special shapes of blanks, assembled from several layers of reinforcing fabric, which are successively applied to mandrels of the required shape and pressed. The final stage is polymerization of the binder at elevated temperatures and pressures.
Наличие зон непроклея или проклеев плохого качества в конструкции при действии на нее эксплуатационных нагрузок может привести к расслоению материала, проникновению влаги и, как следствие, привести к снижению несущей способности или к разрушению. Участки непроклея и расслоений в готовой конструкции можно обнаружить только неразрушающими методами контроля, поэтому внедрение таких методов и способов контроля на этапах производства и эксплуатации является актуальной задачей. Исследования, проводимые в этом направлении, показали, что традиционные методы и средства неразрушающего контроля в большинстве случаев не могут решить такие задачи по ряду причин, связанных со спецификой подобных изделий. Основные из них - сочетание материалов с различными свойствами, большое затухание упругих волн в полимерах, малые толщины отдельных слоев (например, обшивок, клеевых швов), гигроскопичность ряда применяемых материалов, малая удельная электрическая проводимость и неферромагнитность полимеров и т.п.The presence of areas of non-adhesion or poor quality adhesives in the structure under the action of operational loads on it can lead to delamination of the material, penetration of moisture and, as a consequence, lead to a decrease in the bearing capacity or to destruction. Areas of non-gluing and delamination in the finished structure can only be detected by non-destructive testing methods, therefore the introduction of such methods and methods of control at the stages of production and operation is an urgent task. Studies carried out in this direction have shown that traditional methods and means of non-destructive testing in most cases cannot solve such problems for a number of reasons related to the specificity of such products. The main ones are a combination of materials with different properties, a large attenuation of elastic waves in polymers, small thicknesses of individual layers (for example, cladding, adhesive seams), hygroscopicity of a number of materials used, low electrical conductivity and non-ferromagnetic properties of polymers, etc.
Во многих случаях бывает интересно иметь возможность определять наличие и количество материалов у объекта исследования имеющих различные плотности без их повреждения. Для этих целей разработаны различные методы неразрушающего контроля с использованием ионизирующих излучений, ультразвукового анализа и рентгенографии. In many cases, it is interesting to be able to determine the presence and quantity of materials with different densities of the research object without damaging them. For these purposes, various methods of non-destructive testing have been developed using ionizing radiation, ultrasonic analysis and radiography.
Известны «Устройства и способы диагностики материалов с применением электромагнитного излучения, (Патент Швеции SE 466365, патент Германии DE 2846702, патент США US 3136892, патент США US 5105453. В этих патентах без исключения используют излучение только одной длины волны и, следовательно, получают только одно показание интенсивности излучения вдоль каждого пути прохождения лучей через подлежащий измерению объект. Known "Devices and methods for the diagnosis of materials using electromagnetic radiation, (Swedish Patent SE 466365, German patent DE 2846702, US patent US 3136892, US patent US 5105453. In these patents, without exception, only radiation of one wavelength is used and, therefore, only one reading of the intensity of the radiation along each path of the rays through the object to be measured.
Это показание можно использовать для определения средней плотности подлежащего измерению объекта и ее изменений вдоль объекта, но не для того, чтобы различать наличие и количество разных типов материала (например, в многослойном композиционном материале). Такая информация может быть получена только на основании большого количества прохождений лучей, которые отклоняются от различных точек, что снижает качество диагностики и эффективность в целом. This reading can be used to determine the average density of the object to be measured and its changes along the object, but not to distinguish between the presence and amount of different types of material (for example, in a multilayer composite material). Such information can be obtained only on the basis of a large number of ray passes that deviate from various points, which reduces the quality of diagnostics and efficiency in general.
Известно «Устройство и способ измерения плотности», (Патент РФ 2182703 от 20.05.2002 г., МПК G01N 23/06), в котором рассмотрен способ оценки внутреннего строения объекта путем исследования внутренней структуры, где это предлагается производить рентгеновским излучением, для выявления плотности различных зон исследуемого объекта. It is known "Device and method for measuring density", (RF Patent 2182703 dated 20.05.2002, IPC G01N 23/06), which considers a method for assessing the internal structure of an object by examining the internal structure, where it is proposed to produce it with X-rays, to identify density different zones of the investigated object.
Недостатком указанного известного способа является низкая эффективность способа из-за невозможности исследования внутренней структуры в различных зонах. The disadvantage of this known method is the low efficiency of the method due to the impossibility of studying the internal structure in different zones.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу и взятому в качестве прототипа выбран патент «Способ проведения исследования внутренней структуры пиловочных бревен», (патент RU 2482468, дата регистрации от 20.05.2013 г., МПК G01N 24/08, в котором для исследования внутренней структуры объекта применена магнитно-резонансная томография. Разделение слоев материала проводится по выбранному параметру - показателю распределения влажности в топографических сечениях исследуемого объекта. Зоны различной влажности на изображениях внутренней структуры представляют собой четко разграниченные светлую и темную области. Из объекта вырезается участок с пониженной влажностью для дальнейшего производства склеиваемых конструкций. Это позволит снизить напряжения в клеевых соединениях за счет формоустойчивости деталей, обеспечить сплошность формируемых клеевых соединений и равномерное распределение клея в их контактных слоях, но как контролируется качество склеивания не показано. The closest in technical essence to the claimed method and taken as a prototype was selected the patent "Method for the study of the internal structure of saw logs", (patent RU 2482468, registration date from 20.05.2013, IPC G01N 24/08, in which for the study of internal the structure of the object used magnetic resonance imaging. Separation of the layers of the material is carried out according to the selected parameter - the indicator of the distribution of moisture in the topographic sections of the investigated object. Zones of different moisture content in the images of the internal structure are clearly demarcated light and dark areas. A site with low moisture content is cut out of the object for further This will reduce the stresses in the adhesive joints due to the dimensional stability of the parts, ensure the continuity of the formed adhesive joints and the uniform distribution of the adhesive in their contact layers, but how the quality of bonding is controlled is not shown.
Недостатком указанного технического решения является то, что качество клеевых соединений различных материалов не диагностируется, не контролируется наличие непроклеев и расслоений, которые при эксплуатации приведут к проникновению влаги и, как следствие, к снижению прочностных характеристик конструкции, а в целом к снижению эффективности способа. The disadvantage of this technical solution is that the quality of adhesive joints of various materials is not diagnosed, the presence of non-adhesives and layering is not monitored, which during operation will lead to moisture penetration and, as a result, to a decrease in the strength characteristics of the structure, and in general to a decrease in the effectiveness of the method.
Решаемой технической задачей изобретения является создание эффективного способа исследования структуры материалов клеевых соединений многослойной втулки несущего винта вертолета за счет повышения качества контроля клеевых соединений на спиральном компьютерном томографе, позволяющем повысить прочностные характеристики конструкции в целом. The technical problem of the invention to be solved is to create an effective method for studying the structure of materials of adhesive joints of a multilayer rotor hub of a helicopter by improving the quality of control of adhesive joints on a spiral computer tomograph, which makes it possible to increase the strength characteristics of the structure as a whole.
Технический результат достигается тем, что в Способе проведения исследования клеевых соединений многослойной втулки несущего винта вертолета, заключающемся в распределении слоев материала в топографических сечениях по заданному параметру, согласно которому, исследования проводят на спиральном компьютерном томографе, а распределение слоев материала конструкции осуществляют по заданному параметру – плотности, определяемому по значениям единиц, измеряемых числами Хаунсфильда (HU), причем обнаруживают и определяют размеры возможных трещин, расслоений и непроклеи слоев с высокой точностью, для чего создают предварительное нагружение торсионов втулки несущего винта и провоцируют проявление раскрытия зон возможных трещин, расслоений и непроклеи слоев, при этом торсионы втулки несущего винта прижимают друг к другу, концы которых V-образной формы направляют в противоположные стороны и сжимают, затем нагружают упругие балки торсионов втулки несущего винта в виде изгиба и кручения для воспроизведения сдвиговых и других деформаций, проводя исследования на спиральном компьютерном томографе, при которых обеспечивают визуализацию значительных областей и определяют дефектные слои материала в многослойной конструкции по количественной оценки плотностей, измеряемых числами Хаунсфильда, обнаруживая расслоения и непроклеи слоев.The technical result is achieved by the fact that in the Method for the study of adhesive joints of a multilayer rotor hub of a helicopter, which consists in the distribution of material layers in topographic sections according to a given parameter, according to which the studies are carried out on a spiral computer tomograph, and the distribution of the layers of the structure material is carried out according to a given parameter - density, determined by the values of units measured by the Hounsfield numbers (HU), and detecting and determining the size of possible cracks, delamination and non-gluing of layers with high accuracy, for which they create a preliminary loading of the torsion bars of the main rotor hub and provoke the manifestation of the opening of zones of possible cracks, delamination and non-gluing layers, while the torsion bars of the main rotor hub are pressed against each other, the ends of which are V-shaped are directed in opposite directions and compressed, then the elastic beams of the torsion bars of the main rotor hub are loaded in the form of bending and torsion for reproduction of shear and other deformations, conducting research on a spiral computed tomography, in which they provide visualization of significant areas and determine the defective layers of material in a multilayer structure by quantifying the densities measured by Hounsfield numbers, revealing delamination and non-adhesion of layers.
Предложенное техническое решение позволяет получить более эффективный способ проведения исследования клеевых соединений многослойной втулки несущего винта вертолета за счет проведения неразрушающего контроля многослойных конструкций из композиционных изделий на Рентгеновском компьютерном томографе со спиральным сканированием (СКТ), который учитывает особенности внутренней структуры композиционных конструкций, обнаружения дефектов в них путем анализа результатов измерений коэффициентов ослаблений в единицах, измеряемых числами Хаунсфильда (HU) у дефектных и бездефектных деталей. Применение предложенного эффективного способа проведения исследования позволяет существенно повысить безопасность и надежность в эксплуатации клеевых соединений многослойной конструкции за счет повышения качества контроля внутренней структуры путем диагностики композиционных конструкций на СКТ, что в целом также повышает прочностные характеристики многослойной втулки несущего винта вертолета.The proposed technical solution makes it possible to obtain a more effective method for studying the adhesive joints of a multilayer rotor hub of a helicopter by carrying out non-destructive testing of multilayer structures made of composite products on an X-ray computed tomograph with spiral scanning (SCT), which takes into account the peculiarities of the internal structure of composite structures, detecting defects in them by analyzing the results of measurements of attenuation coefficients in units measured by the Hounsfield numbers (HU) for defective and defect-free parts. The use of the proposed effective method for conducting the study can significantly increase the safety and reliability in the operation of adhesive joints of a multilayer structure by improving the quality of control of the internal structure by diagnosing composite structures on SKT, which in general also increases the strength characteristics of the multilayer rotor hub of the helicopter.
Для пояснения технической сущности рассмотрим чертежи. To clarify the technical essence, consider the drawings.
На фиг.1 представлена втулка несущего винта (в.н.в.) вертолета АНСАТ;Figure 1 shows the main rotor bushing (VNV) of the ANSAT helicopter;
на фиг.2 представлена схема торсиона в.н.в.; figure 2 shows a diagram of a torsion bar;
на фиг.3 представлены нагрузки в виде приложений сил на отрыв, на поперечный и продольный сдвиги и ответные реакции дефектного материала в виде раскрытия трещин на эти нагрузки; Fig. 3 shows loads in the form of applications of forces on separation, on transverse and longitudinal shears, and responses of a defective material in the form of crack opening to these loads;
на фиг.3а) представлено раскрытие трещины от приложения силы на отрыв; Fig. 3a) shows the crack opening from the application of a pull-off force;
на фиг.3б) представлено раскрытие трещины от приложения силы на продольный сдвиг; Fig. 3b) shows the crack opening from the application of a force on longitudinal shear;
на фиг.3в) представлено раскрытие трещины от приложения силы на поперечный сдвиг; Fig. 3c) shows the crack opening from the application of a force on a transverse shear;
на фиг.4 представлена конструкция схемы нагружения торсионов при исследованиях на СКТ; Fig. 4 shows the design of the torsion loading scheme for studies on the SKT;
на фиг.5 представлена схема сканирования СКТ; figure 5 presents a schematic diagram of scanning the SKT;
на фиг.6а) представлено сканирование торсионов с определением положения сечения;6a) shows the scanning of torsions with the determination of the position of the section;
на фиг.6б) показано поперечное сечение А-А двух торсионов со слоями стеклопластика и резины; 6b) shows a cross section AA of two torsion bars with layers of fiberglass and rubber;
на фиг.7а) показана мультипланетарная реконструкция сечения зоны расслоения в боковой плоскости с дефектом без нагружения;7a) shows a multiplanetary reconstruction of the section of the delamination zone in the lateral plane with a defect without loading;
на фиг.7б) показана мультипланетарная реконструкция сечения зоны расслоения в боковой плоскости с предварительным нагружением; Fig. 7b) shows a multiplanetary reconstruction of the section of the separation zone in the lateral plane with preliminary loading;
на фиг.8а) показана томограмма поперечного сечения образца торсиона, содержащего резину; 8a) shows a tomogram of a cross section of a torsion bar sample containing rubber;
на фиг.8 б) показан линейный профиль распределения величин коэффициентов ослабления торсиона втулки несущего винта в виде чисел HU по маршруту, пересекающему слои резины и стеклопластика; Fig. 8 b) shows a linear profile of the distribution of the values of the torsion bar attenuation coefficients of the main rotor hub in the form of HU numbers along the route crossing the layers of rubber and fiberglass;
на фиг.9а) показаны примеры томограмм образцов торсиона; Fig. 9a) shows examples of tomograms of torsion bar samples;
на фиг.9б) показаны соответственно их графики распределения плотностей по заданному маршруту, 9b), respectively, their graphs of density distribution along a given route are shown,
где: Where:
1, 2 – упругие балки (торсионы); 3 – комлевый участок балки; 4 – упруго-деформированный участок балки; 5- концевой участок балки; 6 – слои стеклопластика; 7 – слои резины; 8 - клин; 9 - хомут; 10 - резиновые прокладки; 11 - излучатель рентгеновского излучения; 12 - исследуемый объект; 13 - система чувствительных детекторов; 14 - реконструкция трехмерного изображения с помощью ЭВМ; 15 - профили тонких слоев исследуемого объекта. 1, 2 - elastic beams (torsion bars); 3 - butt section of the beam; 4 - elastically deformed section of the beam; 5- end section of the beam; 6 - layers of fiberglass; 7 - layers of rubber; 8 - wedge; 9 - clamp; 10 - rubber gaskets; 11 - X-ray emitter; 12 - object under study; 13 - system of sensitive detectors; 14 - reconstruction of a three-dimensional image using a computer; 15 - profiles of thin layers of the investigated object.
Втулка несущего винта (фиг.1) спроектирована по бесшарнирному типу с двумя упругими балками (торсионами) поз.1и 2. Торсион втулки выполнен как композитная балка (фиг. 2). Он имеет три участка: комлевой поз.3, упруго-деформируемый поз.4 и концевой поз.5. Упруго-деформируемый участок состоит из чередующихся слоев стеклопластика поз.6 и резины поз.7. Большая площадь склейки резины и пластика повышает вероятность появления непроклеев, расслоений и других дефектов, например, наличие остатков полиэтиленовой пленки, в которой хранились препреги пластика до склеивания. The main rotor hub (Fig. 1) is designed according to the hingeless type with two elastic beams (torsion bars) pos. 1 and 2. The bushing torsion bar is made as a composite beam (Fig. 2). It has three sections:
Зоны возможных трещин и непроклеев при исследовании на компьютерном томографе могут проявиться при создании в конструкции предварительного напряженно-деформированного состояния. Реакция склеенных слоев на приложение нормальных напряжений σ и касательных напряжений τ показана на фиг. 3а), б), в).Zones of possible cracks and non-adhesion when examined on a computed tomograph can appear when a preliminary stress-strain state is created in the structure. The reaction of the glued layers to the application of normal stresses σ and shear stresses τ is shown in Fig. 3a), b), c).
Предлагаемый способ реализован для неразрушающего контроля втулки несущего винта вертолета АНСАТ:The proposed method is implemented for non-destructive testing of the main rotor hub of the ANSAT helicopter:
В связи с тем, что некоторые дефекты, такие как трещины и расслоения (также непроклеи слоев), проявляют себя не сразу, а только после приложения нагрузки становится актуальным создавать предварительное нагружение конструкции с целью спровоцировать возможные дефекты. Именно для проявления возможных трещин и непроклеев слоев конструкций создают предварительное нагружение для воспроизведения сдвиговых и других деформаций. При исследовании многослойной конструкции на СКТ, диагностику необходимо проводить на конструкции, находящейся в деформированном состоянии, так как в таком положении зона непроклея максимально выявляет себя. Due to the fact that some defects, such as cracks and delamination (also non-glued layers), do not manifest themselves immediately, but only after applying a load it becomes relevant to create a preliminary loading of the structure in order to provoke possible defects. It is for the manifestation of possible cracks and non-adhesion of structural layers that preloading is created to reproduce shear and other deformations. When examining a multilayer structure on SCT, diagnostics must be carried out on a structure in a deformed state, since in this position the non-adhesive zone reveals itself as much as possible.
Создание предварительного нагружения торсионов втулки несущего винта производят в виде изгиба и кручения торсиона, их величины не должны превышать допустимые расчетные значения. Для реализации этого нагружения воспользовались тем, что у торсионов, в концевой части поз.5 имеется излом осей V-образный формы с углами β=2,5° (фиг. 1). Торсионы проходят исследование на СКТ попарно. Перед исследованием на спиральном компьютерном томографе два торсиона втулки несущего винта поз.1, поз.2, концы которых V-образной формы направляют в противоположные стороны. В центре торсионов устанавливали клин поз.8, обеспечивающий прогиб и угол закручивания центральной части относительно концевых частей, а концы балок торсионов поз.5 прижимают друг к другу и скрепляют специальными рамками поз.9 (хомутами) (фиг. 4). Для исключения повреждений поверхностей торсионов у клина поз.8 и рамок поз.9 располагали резиновые прокладки поз.10, кроме того, они были изготовлены из полимерного материала для исключения появления артефактов при обследовании на компьютерном томографе.The creation of preloading of the torsion bars of the main rotor hub is performed in the form of bending and torsion of the torsion bar, their values should not exceed the permissible design values. To implement this loading, we used the fact that the torsion bars, in the end part of pos. 5, have a V-shaped axis fracture with angles β = 2.5 ° (Fig. 1). Torsion bars are tested on SKT in pairs. Before examination on a spiral computed tomograph, two torsion bars of the main rotor sleeve pos. 1, pos. 2, the ends of which are V-shaped, are directed in opposite directions. A wedge pos. 8 was installed in the center of the torsion bars, which provided the deflection and twist angle of the central part relative to the end parts, and the ends of the beams of the torsion bars, pos. 5, were pressed against each other and fastened with special frames pos. 9 (clamps) (Fig. 4). To exclude damage to the surfaces of the torsion bars, the wedge (pos. 8) and the frames (pos. 9) had rubber gaskets (pos. 10); in addition, they were made of polymer material to exclude the appearance of artifacts during examination on a computed tomograph.
В результате такого соединения упругих балок, в слоях торсионов возникают касательные напряжения, которые провоцируют раскрытие зон трещин и непроклеев в слоях “резина-пластик”, “пластик-пластик”, которые облегчают их обнаружения при исследовании на томографе, благодаря чему производят контроль качества соединения, т.е. выбраковку дефектных областей (зон) по слоям материала конструкции, что повышает прочностные характеристики многослойных конструкций, а в целом делает эффективным способ проведения исследования клеевых соединений многослойных конструкций. As a result of such a connection of elastic beams, tangential stresses arise in the layers of torsions, which provoke the opening of zones of cracks and non-adhesives in the layers "rubber-plastic", "plastic-plastic", which facilitate their detection during examination on a tomograph, due to which they control the quality of the connection , i.e. rejection of defective areas (zones) by layers of construction material, which increases the strength characteristics of multilayer structures, and, in general, makes an effective way to study adhesive joints of multilayer structures.
Дальнейшее исследование проводят на СКТ. Процесс получения изображения на СКТ содержит три основных этапа: визуализацию, измерение и реконструкцию. На этапе измерения с помощью узкого коллимированного пучка рентгеновского излучения от излучателя поз.11, расположенного по одну сторону объекта поз.12 (комплект торсионов) на подвижном столе, и высокочувствительной системы детекторов поз.13, находящейся по другую сторону и воспринимающей ослабленное (вследствие поглощения объектом) рентгеновское излучение. Затем происходит реконструкция трехмерного изображения поз.14, с помощью ЭВМ. Изменяя угол обзора или ракурс, получают множество проекций или профилей тонкого слоя поз.15 исследуемого объекта поз.12. Further research is carried out on SKT. The process of obtaining an image on SCT contains three main stages: visualization, measurement and reconstruction. At the measurement stage, using a narrow collimated X-ray beam from the emitter pos. 11, located on one side of the object, pos. 12 (set of torsions) on a movable table, and a highly sensitive system of detectors, pos. 13, located on the other side and receiving the weakened (due to absorption object) X-ray radiation. Then there is a reconstruction of the three-dimensional image pos. 14, using a computer. By changing the viewing angle or foreshortening, a set of projections or profiles of a thin layer, pos. 15, of the object under study, pos. 12, are obtained.
В результате исследования на СКТ получают множество сечений, по которым осуществляют реконструкцию трёхмерного изображения. Томографы за несколько секунд обеспечивают послойную визуализацию значительной области исследуемой конструкции, что также повышает качество контроля провоцирующих областей (зон) и определяют дефектные слои материала в многослойной конструкции по количественной оценки плотности, измеряемой числами Хаунсфильда, обнаруживая размеры трещин, расслоения и непроклеи слоев. Длина поля сканирования может составлять до 150 см, а время сканирования 60-100 с. Для ориентации в расположении полученных слоев исследуемого объекта делается обзорный цифровой снимок всей изучаемой области, благодаря чему есть возможность определить положение исследуемого сечения с целью произвести выбраковку дефектного слоя с последующей реконструкцией.As a result of the study on SCT, many sections are obtained, along which the reconstruction of the three-dimensional image is carried out. In a few seconds, tomographs provide layer-by-layer visualization of a significant area of the structure under study, which also improves the quality of control of provoking areas (zones) and determines defective layers of material in a multilayer structure by quantifying the density measured by Hounsfield numbers, detecting the size of cracks, delamination and non-adhesion of layers. The length of the scanning field can be up to 150 cm, and the scanning time is 60-100 s. For orientation in the location of the obtained layers of the studied object, a survey digital image of the entire studied area is taken, due to which it is possible to determine the position of the investigated section in order to cull the defective layer with subsequent reconstruction.
Количественная оценка плотности материала с помощью радиационных методов основана на разнице поглощения рентгеновского излучения различными материалами с помощью массового коэффициента ослабления излучения. На этапе реконструкции по множеству полученных измерительной системой проекций с помощью быстродействующих процессоров вычисляют значения коэффициентов ослабления для каждого слоя объекта.A quantitative assessment of the density of a material using radiation methods is based on the difference in the absorption of X-ray radiation by various materials using the mass attenuation coefficient. At the stage of reconstruction, the values of the attenuation coefficients for each layer of the object are calculated from the set of projections obtained by the measuring system using high-speed processors.
В технике компьютерной томографии принято измерять коэффициент ослабления не в абсолютных, а в относительных, нормированных по отношению к ослаблению воды единицах, называемых числами Хаунсфильда (HU). В этой системе отсчета коэффициент ослабления воды равен 0 HU, воздуха - 1000 HU. Измерение единиц HU можно проводить вдоль выбранного направления среза или для отдельной области.In the technique of computed tomography, it is customary to measure the attenuation coefficient not in absolute, but in relative units, normalized with respect to the attenuation of water, called Hounsfield numbers (HU). In this reference system, the attenuation coefficient for water is 0 HU, for air - 1000 HU. Measurement of HU units can be carried out along the selected cutting direction or for a specific area.
На фиг. 6.а) показано сканирование исследуемого участка торсионов с определением положения сечения и одно из поперечных сечений двух торсионов со слоями стеклопластика поз.6 и резины поз.7 (фиг. 6б). Более светлые участки на томограмме соответствуют материалу с повышенной плотностью (стеклопластик), темные - менее плотным (резина). Слои расположены равномерно, без изгибов и посторонних включений. Используя цифровые компьютерные технологии, можно легко масштабировать полученную картинку, что помогает детальнее рассмотреть интересующий участок слоя, т.е. повысить качество контроля для определения его размера, а также характер дефектов. Предусмотрена мультипланетарная реконструкция изображения во фронтальной и боковых плоскостях. Для оценки влияния предварительного нагружения был исследован торсион, прошедший длительную наработку и имеющий зону расслоения между стеклопластиком и резиной, трудно обнаруживаемую при визуальном осмотре. FIG. 6.a) shows the scanning of the investigated section of the torsions with the determination of the position of the section and one of the cross sections of the two torsion bars with layers of fiberglass, pos. 6 and rubber, pos. 7 (Fig. 6b). The lighter areas on the tomogram correspond to the material with increased density (fiberglass), the dark ones - less dense (rubber). The layers are evenly spaced, without bends and foreign inclusions. Using digital computer technologies, you can easily scale the resulting image, which helps to examine in more detail the area of interest in the layer, i.e. improve the quality of control to determine its size, as well as the nature of defects. Multiplanetary reconstruction of the image in the frontal and lateral planes is provided. To assess the effect of preloading, a torsion bar was investigated, which had undergone a long operating time and had a zone of separation between fiberglass and rubber, which was difficult to detect during visual inspection.
При томографическом исследовании этого участка был обнаружен эффект раскрытия зоны (области) расслоения. На фиг. 7а) показана мультипланетарная реконструкция зоны расслоения в боковой плоскости с дефектом - без нагружения, фиг. 7б) - с предварительным нагружением. The tomographic study of this area revealed the effect of opening the zone (area) of the separation. FIG. 7a) shows a multiplanetary reconstruction of the delamination zone in the lateral plane with a defect - without loading, Fig. 7b) - with preliminary loading.
На фиг. 8а) показана томограмма поперечного сечения образца торсиона, содержащего резину, а на фиг. 8б) показан линейный профиль распределения величин коэффициентов ослабления торсиона НВ в виде чисел HU по маршруту, пересекающему слои резины и стеклопластика. Результаты этого замера торсиона без дефектов показывают, что плотность стеклопластика составляет 1100-1900 HU, резины - 850-900 HU. Структура слоев материала и их значения HU одинаковые по всему маршруту. В зонах непроклея и расслоения образуются разрывы, пустоты с пониженной плотностью, ниже допустимых значений этих материалов, что хорошо обнаруживается при таких измерениях. Это видно на фиг. 9а), показан маршрут построения графика распределения плотностей торсиона с расслоением в единицах в HU. Показан график распределения плотностей по заданному маршруту в дефектном слое (фиг. 9б) и выявление зоны пониженной плотности в этом слое. FIG. 8a) shows a tomogram of a cross section of a torsion bar sample containing rubber, and FIG. 8b) shows a linear profile of the distribution of the values of the weakening coefficients of the НВ torsion in the form of HU numbers along the route intersecting the layers of rubber and fiberglass. The results of this measurement of the torsion bar without defects show that the density of fiberglass is 1100-1900 HU, rubber - 850-900 HU. The structure of the material layers and their HU values are the same along the entire route. In the areas of non-gluing and delamination, gaps are formed, voids with a low density, below the permissible values of these materials, which is well detected with such measurements. This can be seen in FIG. 9a) shows the route for plotting the torsion density distribution graph with stratification in units in HU. Shows a graph of the density distribution along a given route in the defective layer (Fig. 9b) and the identification of a zone of reduced density in this layer.
В результате таких исследований появляется возможность по дефектам в слоях материала конструкций путем количественной оценки коэффициентов HU обнаруживать поврежденные области (зоны) с непроклеями и расслоениями, которые недоступны для визуального осмотра. При помощи специальных программ обработки возможно автоматизировать поиск дефектных зон в конструкциях, что и будет способствовать значительному повышению качества контроля путем выбраковки дефектных изделий, тем самым повышая эффективность способа исследования клеевых многослойных соединений конструкций несущего винта вертолета и повышая их надежность в целом. Применение предлагаемого способа исследования по сравнению с известными аналогами является эффективным благодаря возможности проведения качественного контроля клеевых многослойных соединений, для которых традиционные методы дефектоскопии не давали удовлетворительных результатов.As a result of such studies, it becomes possible to detect damaged areas (zones) with non-adhesives and delaminations, which are inaccessible for visual inspection, based on defects in layers of structural material by quantitative assessment of HU coefficients. With the help of special processing programs, it is possible to automate the search for defective zones in structures, which will contribute to a significant improvement in the quality of control by rejecting defective products, thereby increasing the efficiency of the method for studying adhesive multilayer joints of helicopter rotor structures and increasing their reliability in general. The use of the proposed research method in comparison with known analogs is effective due to the possibility of quality control of adhesive multilayer joints, for which traditional methods of flaw detection did not give satisfactory results.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020128100A RU2742540C1 (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Method of investigating adhesive joints of a multilayer helicopter rotor hub |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020128100A RU2742540C1 (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Method of investigating adhesive joints of a multilayer helicopter rotor hub |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2742540C1 true RU2742540C1 (en) | 2021-02-08 |
Family
ID=74554732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020128100A RU2742540C1 (en) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | Method of investigating adhesive joints of a multilayer helicopter rotor hub |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2742540C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6041132A (en) * | 1997-07-29 | 2000-03-21 | General Electric Company | Computed tomography inspection of composite ply structure |
| US20080205596A1 (en) * | 2004-03-31 | 2008-08-28 | Shigeki Kato | Method for Inspecting Ceramic Structures |
| RU2442128C2 (en) * | 2006-10-26 | 2012-02-10 | Снекма | Method for manufacturing a sample of a turbine blade from composite materials |
| RU2482468C1 (en) * | 2011-12-07 | 2013-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова (СПбГЛТУ) | Method of carrying out examination of inner side of structure sawing logs |
| US20130173224A1 (en) * | 2012-01-03 | 2013-07-04 | The Boeing Company | Methods and systems for helicopter rotor blade balancing |
| RU2718406C1 (en) * | 2019-08-26 | 2020-04-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for x-ray inspection of article internal structure |
-
2020
- 2020-08-24 RU RU2020128100A patent/RU2742540C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6041132A (en) * | 1997-07-29 | 2000-03-21 | General Electric Company | Computed tomography inspection of composite ply structure |
| US20080205596A1 (en) * | 2004-03-31 | 2008-08-28 | Shigeki Kato | Method for Inspecting Ceramic Structures |
| RU2442128C2 (en) * | 2006-10-26 | 2012-02-10 | Снекма | Method for manufacturing a sample of a turbine blade from composite materials |
| RU2482468C1 (en) * | 2011-12-07 | 2013-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова (СПбГЛТУ) | Method of carrying out examination of inner side of structure sawing logs |
| US20130173224A1 (en) * | 2012-01-03 | 2013-07-04 | The Boeing Company | Methods and systems for helicopter rotor blade balancing |
| RU2718406C1 (en) * | 2019-08-26 | 2020-04-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Method for x-ray inspection of article internal structure |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Dackermann et al. | In situ assessment of structural timber using stress-wave measurements | |
| Hassen et al. | Non-destructive investigation of thermoplastic reinforced composites | |
| Riggio et al. | Application of imaging techniques for detection of defects, damage and decay in timber structures on-site | |
| Shoukroun et al. | Enhanced composite plate impact damage detection and characterisation using X-Ray refraction and scattering contrast combined with ultrasonic imaging | |
| Vaara et al. | Technology survey on NDT of carbon-fiber composites | |
| PT766814E (en) | METHOD FOR DETERMINING THE DENSITY PROFILE OF A MATERIAL WITH THE FORM OF A PLATE | |
| Pejryd et al. | Computed tomography as a tool for examining surface integrity in drilled holes in CFRP composites | |
| US8966984B2 (en) | Method and apparatus for the manual non-destructive testing of tubular axle shafts with variable internal and external radius profiles | |
| Bullinger et al. | Laminographic inspection of large carbon fibre composite aircraft-structures at airbus | |
| Boopathy et al. | Review on non-destructive testing of composite materials in aircraft applications | |
| Schumacher et al. | Application of different X-ray techniques to improve in-service carbon fiber reinforced rope inspection | |
| Gros | Current and future trends in non-destructive testing of composite materials | |
| de Castro et al. | Evaluation of mode II delamination area by non-destructive techniques: accuracy and influence on fracture toughness calculation | |
| RU2742540C1 (en) | Method of investigating adhesive joints of a multilayer helicopter rotor hub | |
| John et al. | Quantification of fatigue damage in carbon fiber composite laminates through image processing | |
| Trolli et al. | Characterization of porosity and defects on composite materials using X-ray computed tomography and image processing | |
| JP2006189349A (en) | Nondestructive defect inspection system | |
| Kiefel et al. | Quantitative impact characterization of aeronautical CFRP materials with non-destructive testing methods | |
| Ghandourah et al. | Evaluation of Welding Imperfections with X-ray Computed Laminography for NDT Inspection of Carbon Steel Plates | |
| Sklarczyk et al. | Nondestructive characterization of and defect detection in timber and wood | |
| Schuhmacher et al. | Quantifying Drilling Induced Delamination in Carbon-Fibre-Reinforced Epoxy Laminates Using a Fast, Manual and Mobile Ultrasonic-Based Procedure as Compared to Low-Magnification Microscopy | |
| AU2015333544B2 (en) | Method of inspecting a degraded area of a metal structure covered by a composite repair and method of measuring a remaining wall thickness of a composite structure | |
| Dragan et al. | Holistic approach for structural integrity evaluation of composite main rotor blades | |
| Moore et al. | Damage Assessment of Composite Honeycomb Material Using Advanced Inspection Technologies. | |
| US20240044845A1 (en) | Ultrasonic system and method for detecting and characterizing contact delaminations |