"Na straży warstw i faz" "Detekcja i ewaluacja delaminacji w wielowarstwowych strukturach kompozytowych przy pomocy aktywnej termografii w podczerwieni" Przemysław Daniel Pastuszak, Aleksander Muc Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, Wydział Mechaniczny,Instytut Konstrukcji Maszyn, al. Jana Pawła II 37, 31-864 Kraków e-mail: ppastuszak@pk.edu.pl Mostkowanie, Laboratorium analizy zniszczenia struktur kompozytowych, Wydział Mechaniczny PK Włókna szklane, Laboratorium analizy zniszczenia struktur kompozytowych, Wydział Mechaniczny PK

Opis popularnonaukowy projektu

Doskonałe właściwości materiałów kompozytowych znane były już od zarania dziejów ludzkości. Nikt wówczas nie analizował wprawdzie włókien i nie szukał osnowy, jednak już wśród pierwotnych plemion doceniane były nadzwyczajne właściwości kompozytów: ich wytrzymałość, sztywność, elastyczność, a często także trwałość. Nikt też nie zdawał sobie sprawy, że buduje z kompozytu. Najprostszym bowiem, znanym od stuleci materiałem budowlanym, doskonale nadającym się na chaty, jest glina wymieszana ze słomą. Jednak starszym od lepianek, znacznie starszym od człowieka, jeszcze bardziej trwałym, elastycznym a przy tym twardym i wytrzymałym materiałem kompozytowym jest drewno. Jego długie celulozowe i hemicelulozowe włókna połączone z ligninowym wypełnieniem dostarczały materiału na budowle, broń, narzędzia, pojazdy wodne i lądowe, meble, biżuterię i wyposażenie domostw. Wiele z nich przetrwało stulecia i do dziś możemy podziwiać ich funkcjonalność. Jednak i ono miało swoje ograniczenia. Stąd w miarę postępu nauki i techniki zaczęto konstruować nowe materiały kompozytowe. Zaczęły one zastępować drewno i wypierać je z wielu klasycznych zastosowań. Co więcej, w zmieniającym się świecie coraz nowocześniejsze kompozyty o coraz doskonalszych właściwościach opuszczając naukowe laboratoria znajdowały zastosowania także tam, gdzie drewno nigdy ich nie miało. Wielofazowe materiały przeznaczane są bowiem do zadań specjalnych, gdzie najszlachetniejsze nawet drewno poniosłoby porażkę. Poza nowoczesnymi technologiami budowlanymi kompozyty znajdujemy w hamulcach naszych aut, w najnowocześniejszym sprzęcie sportowym, a także w naszych szczękach, kościach i stawach, ponieważ doskonale sprawdzają się w produkcji implantów. Nic innego jak właśnie kompozyty stanowią podstawowy budulec rakiet czy samolotów. Wielokrotnie od właściwości i doskonałości tych materiałów zależy ludzkie zdrowie i życie. Trudno się dziwić, że oprócz laboratoriów syntetyzujących nowe kompozyty, pełną parą pracują laboratoria stojące na straży najcenniejszych ich właściwości. I choć dziś powraca się do domów z gliny i słomy, to jednak nowoczesne kompozytowe materiałoznawstwo dalekie jest od usunięcia się w cień. Przeciwnie: to właśnie ono wypełni ich wnętrza nowoczesnymi sprzętami.

Streszczenie naukowe

Projekt jest finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki przyznanych na podstawie decyzji numer DEC- 2013/09/N/ST8/04360. Zastosowanie nowoczesnych materiałów kompozytowych w przemyśle stale wzrasta. Wynika to bezpośrednio z ich znakomitych właściwości mechanicznych, głównie wytrzymałości i sztywności właściwej. Sytuacja ta stwarza nowe możliwości nie tylko dla podniesienia niezawodności, ale przede wszystkim projektowania nowoczesnych, dotąd nie spotykanych konstrukcji inżynierskich. Niestety, kompozyty w porównaniu do klasycznych materiałów izotropowych są narażone na wiele form zniszczenia, takich jak pęknięcia włókien i osnowy, oddzielanie włókien od osnowy oraz najczęściej spotykane, czyli delaminacja. Ponadto, stopniowy rozwój uszkodzeń od lokalnych mikrodefektów może prowadzić do globalnego zniszczenia konstrukcji. Dlatego też istnieje duże zapotrzebowanie na rozwój skutecznych metod badań nieniszczących (NDT). Aktywna termografia w podczerwieni wykorzystuje zewnętrzne źródło energii do wzbudzenia badanego obiektu, wtedy kamera termowizyjna rejestruje serię obrazów termicznych powierzchni (termogramów) w regularnych odstępach czasowych. Uszkodzenia podpowierzchniowe wpływają na sposób transportu ciepła wewnątrz materiału. Zależne jest to przede wszystkim od częstotliwości wzbudzenia, ale także od właściwości termofizycznych badanych obiektów. Jeżeli fala cieplna dotrze do obszarów, gdzie właściwości termofizyczne różnią się (delaminacja, wtrącenia, porowatość), jest częściowo odbijana, co jest widoczne na powierzchni stygnącej próbki w postaci zaburzonego rozkładu temperatur. Oceniając amplitudę lokalnej temperatury można otrzymać informacje o wewnętrznej strukturze (np. głębokości defektu, rozmiarze). Celem projektu badawczego jest określenie możliwości wykorzystania badań termograficznych w podczerwieni do wykrywania, lokalizacji i ewaluacji nowego modelu delaminacji w wielowarstwowych strukturach kompozytowych.

Komitet Organizacyjny

Sponsorzy

Patronat medialny