TA_kogumik 2018-2019
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
MARTIN LINTS<br />
MARTIN LINTS<br />
Martin Lints<br />
SÜSINIKPLASTIST DE<strong>TA</strong>ILIDE MITTEPURUS<strong>TA</strong>V<br />
TESTIMINE<br />
SEOS SÄÄSTVA ARENGUGA<br />
Oleme arendanud signaalitöötlusmeetodi, mis sobib süsinikkiudkomposiidi ehk süsinikplas-<br />
ti mittepurustavaks kontrollimiseks ultraheliga. Antud töös on uuritud meetodi kasulikkust<br />
jätkusuutliku arengu seisukohalt. Süsinikplastid on suure tugevuse ja väikese kaaluga ma-<br />
terjalid, mida kasutatakse kosmose- ja lennukitööstuses ning nüüdsel ajal üha laiemalt ka<br />
autotööstuses, sporditarvete tootmises ja isegi ehituses. Lennukite ja muude sõidukite puhul<br />
on tulemuseks kaalu ja kütusekulu vähenemine. Kahjuks on neid komposiite palju raskem<br />
taaskasutada kui näiteks metalle: taaskasutatud süsinikplasti kiud on lõhutud ja materjal on<br />
seega nõrgem. Järelikult on säästlikkuse seisukohalt parim selliseid detaile kasutada võima-<br />
likult kaua, mille jaoks ongi tarvis tõhusaid mittepurustava testimise meetodeid.<br />
Töö tulemuse abil saab pikendada süsinikplastist toodete eluiga. See on eriti oluline juhtu-<br />
del, kus detaili tugevus ja terviklikkus on elulise tähtsusega: lennukid, sõidukid ja ehitised.<br />
Süsinikplasti mittepurustav testimine on raskem kui metallide testimine: oma struktuuri tõt-<br />
tu levivad ultrahelilained halvasti, samas defektid võivad olla tavaliselt kasutatavatest lai-<br />
nepikkustest väiksemad ja jääda nähtamatuks. Antud töö paneb ette kasutada spetsiaalset<br />
signaalitöötlusmeetodit, mis on sobilik ka näiteks väikeste, komposiitmaterjali sisse ehitatud<br />
ultrahelisensorite kasutamiseks jooksva terviklikkuse kontrolli tegemiseks. Detaili sisse ehi-<br />
tatud sensorid, mis pidevalt töötavad, on teaduses ja tehnikas üha suureneva tähelepanu all<br />
(ing k structural health monitoring).<br />
SISUKOKKUVÕTE<br />
Artikkel on üles ehitatud järgnevalt. Sissejuhatus kirjeldab süsinikplastide olulisust praegu<br />
ja tulevikus, selle eelised ja samuti probleeme, mis vajavad lahendust, ning millist prob-<br />
leemi neist antud töö lahendab. Metoodika peatükk käsitleb süsinikplastide mittepurustava<br />
testimise signaalitöötlusmeetodi matemaatilisi aluseid, numbrilise simulatsiooni mudelit ja<br />
füüsikaliste eksperimentide aparatuuri ja meetodit. Tulemuste ja analüüsi peatükis on vali-<br />
deeritud simulatsioonid kasutades eksperimentide tulemusi ning uuritud lainepikkusest väik-<br />
sema defekti tuvastamist süsinikplastis. Sellest lähtub antud meetodi sobivus süsinikplastide<br />
mittepurustavaks testimiseks toote eluea jooksul.<br />
SISSEJUHATUS<br />
Süsinikplastist tooted on kallid, aga tänu suurepärasele tugevuse-kaalu suhtele kasutatakse<br />
seda üha laiemalt erinevates valdkondades. Viimasel ajal kasutatakse seda muuhulgas<br />
ka kandvates konstruktsioonides, mille terviklikkus on tihti inimelude ja tervise seisukohalt<br />
väga oluline. Süsinikplastide suurenev kasutamine sõidukites tingib nende kaalu ja seega<br />
kü- tusekulu vähenemise. Samas on süsinikplasti võimalikud purunemismehhanismid<br />
keerulised ja raskesti ennustatavad, järelikult on vaja nende töökorda jooksvalt testida.<br />
Selles töös kirjeldatud signaalitöötlusmeetod on arendatud komposiitmaterjalide mittepurustavaks<br />
testimiseks ja on eriti sobilik väikestele sensoritele, mis peavad suurt materjalihulka<br />
analüüsima. Need võimaldavad detaili jooksvalt kontrollida kogu eluea jooksul ja operatiivselt<br />
hoiatada kahjustustustest, mis vajavad parandust, tõstavad üheaegselt nii ohutust,<br />
kuluefektiivsust, kui ka materjalide kasutamise säästlikkust. Tõenäoliselt kasvab selliste<br />
sen- sorite kasutamine tulevikus. See on eriti perspektiivikas kallite süsinikplastist detailide<br />
puhul, kuhu saab sensorid juba tootmise käigus sisse ehitada.<br />
METOODIKA<br />
Enamlevinud ultrahelimõõtmised kasutavad lineaarse elastsuse teooriat. Kahjuks ei saa<br />
lineaarsete efektidega tuvastada lainepikkusest väiksemaid defekte. Mis on eriti problemaatiline<br />
süsinikplastide ja teiste komposiitide puhul, kus mikrostruktuur takistab lühikeste lainepikkuste<br />
levikut, kuid võimalikud defekid võivad olla väga väikesed, näiteks delaminatsioonist<br />
tingitud praod. Probleemi lahenduseks on viimasel ajal jõudsalt arendatud<br />
mittelineaarseid meetodeid. Töös kasutatav signaalitöötlus tuvastab mitteklassikalisi<br />
mittelineaarseid efekte, et leida kahjustusi komposiitides, mis võivad olla lainepikkusest<br />
väiksemad, näiteks suletud pragusid. Katsetame seda nii füüsikaliste eksperimentide kui<br />
ka simulatsioonidega. Füüsikaliste eksperimentidega valideerime meetodi kastutatavust<br />
reaalses katsekehas. Simulatsioonide abil uurime defektide mõju, kuna arvutustes saab<br />
pragude mõõtmed ja käitumise täpselt ette anda. Lisaks näitavad simulatsioonid lainevälja<br />
ka katsekeha sees, mitte ainult pinnal, nagu füüsikalised eksperimendid.<br />
1. Füüsikalised eksperimendid<br />
Töö lõpp-eesmärgiks oli mittepurustava testimise metoodika arendamine. Siin on toodud katseseadme<br />
kirjeldus. Sellest lähtudes on arendatud signaalitöötlus ja numbriliste simulatsioonide<br />
meetod. Kasutusel on lihtsaim võimalik katseseadme konfiguratsioon: üks vastuvõttev<br />
70 71
Change language