Les matériaux composites sont devenus incontournables dans l'industrie, utilisé dans les technologies aéronautiques et spatiales, ainsi que la fabrication automobile et l'exploitation minière. Cependant, L'évaluation des contraintes internes avec des conceptions en matériaux composites a longtemps été un défi. Des scientifiques du Centre des Matériaux Composites NUST MISIS, dirigé par le professeur Sergey Kaloshkin, ont maintenant proposé une méthode sans contact de contrôle de tension interne dans les composites polymères. Les chercheurs rapportent qu'il est désormais possible d'évaluer plus efficacement le degré de dommages internes lors du fonctionnement des pièces d'avion, oléoducs, coques de navires, et d'autres installations industrielles et de transport.

Andrey Stepashkin, Candidat des Sciences Techniques et Associé de Recherche Senior au Centre NUST MISIS des Matériaux Composites, expliqué pourquoi le problème de l'évaluation est si critique :« Il existe des matériaux composites dans lesquels la contrainte interne atteint 95 % de la résistance à la traction après fabrication. Elle se fissurera si nous ajoutons encore un peu plus de pression. Par exemple, un certain nombre de matériaux composites, traitant une excellente résistance à la chaleur et à la chaleur et créé pour le vaisseau spatial Bourane, présentaient un niveau élevé de contraintes internes en raison des caractéristiques de leur fabrication. C'est devenu un énorme problème. Pour obtenir un morceau de placage noir fonctionnel, 50 pièces ont dû être jetées."

Il n'y a pas un tel niveau de contrainte interne dans les plastiques au carbone, fibre de verre, ou des matériaux composites hybrides après fabrication. Au lieu, des contraintes apparaissent et s'accumulent sous l'influence des charges de fonctionnement, l'environnement extérieur et la météo, ce qui peut endommager le matériau et réduire sa capacité de charge. De tels changements affectent la sécurité opérationnelle et doivent être identifiés en temps opportun.

Il existe des méthodes pour contrôler les contraintes dans les structures composites, mais ils sont souvent gênants, et parfois ne sont pas acceptables en raison de l'exactitude des prévisions. Par exemple, méthodes sans contact (ultrasons, détection des défauts acoustiques, shearography) permettent aux chercheurs de détecter des défauts déjà survenus, et ne fournissent pas d'informations sur les contraintes dans le matériau ou sur leur répartition dans toute la structure. Les méthodes acceptées pour évaluer l'état de contrainte dans un cadre nécessitent toutes un contact et une connexion au matériau à l'aide de capteurs à film adhésif. C'est pourquoi détecter quelque chose avant qu'un défaut n'apparaisse est actuellement impossible avec des méthodes sans contact.

L'idée de cette recherche est d'utiliser des circuits magnétiques doux amorphes de 10 à 60 microns de diamètre pour évaluer l'état de contrainte dans les matériaux composites. Pendant la phase de fabrication, des fils sont posés entre les couches de fibre de carbone, formant une grille sensible aux contraintes.

L'état de contrainte entourant le micro-fil affecte la façon dont la substance réagit aux champs magnétiques externes. Par conséquent, ces mesures peuvent être effectuées sans contact, une connexion à l'élément sensible, ou capteurs adhésifs - le système de détection est noyé à l'intérieur du matériau lors de l'étape de fabrication. Il est également important que les chercheurs n'utilisent qu'un seul capteur, contrairement à certaines méthodes de détection de défauts qui nécessitent d'exposer l'équipement des deux côtés. Cette technologie simplifie considérablement, accélère, et réduit le coût d'évaluation de l'état des matériaux composites en facilitant les réparations et en permettant des prédictions plus précises sur les défauts futurs, le tout sans contact.

Les chercheurs ont découvert comment introduire des fils magnétiques doux dans le matériau composite et comment s'assurer que les propriétés du matériau composite ne se détériorent pas. De même, ils maîtrisent également différents modes de mesure. Plusieurs représentants des industries aéronautiques et spatiales, ainsi que les développeurs de matériaux composites, ont fait l'éloge de cette nouvelle méthodologie. Selon Andrey Stepashkin, les chercheurs veulent maintenant développer un prototype de terrain et des systèmes de mesure basés sur des appareils de laboratoire.

"Nous avons fait le premier pas d'un long voyage. Mais nous voyons déjà une application pratique de notre développement. De plus, il a plus de caractéristiques - le micro-grillage introduit dans le matériau peut fournir un drain supplémentaire de la charge statique qui se produit dans les structures en fibre de verre. Nos fils sont tout à fait capables de remplacer les grilles métalliques qui sont désormais insérées dans ces matériaux, " il ajouta.

Les travaux de recherche sont publiés dans le Journal des alliages et des composés .