دانشمندان روسی راهی برای پیش‌بینی خرابی بال هواپیما از قبل پیدا کرده‌اند

به گزارش مجله خبری نگار،محققان دانشگاه پلی‌تکنیک پرم نشان داده‌اند که ارتعاشات، که معمولاً به عنوان علت شکست در مواد کامپوزیتی در نظر گرفته می‌شوند، می‌توانند برای کنترل رشد ترک مورد استفاده قرار گیرند. این رویکرد، فرآیند شکست فایبرگلاس را قابل پیش‌بینی‌تر می‌کند و به طور بالقوه ایمنی هواپیماها، توربین‌های بادی و حمل و نقل پرسرعت را بهبود می‌بخشد. سرویس مطبوعاتی دانشگاه این موضوع را به Gazeta گزارش داد.

فایبرگلاس به دلیل ترکیبی از سبکی، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی، به طور گسترده در هوانوردی، انرژی و حمل و نقل مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، این ماده یک نقص جدی دارد: تحت بار‌های پیچیده و متغیر، ریزترک‌ها به تدریج در ساختار لایه‌ای آن جمع می‌شوند و برای مدت طولانی بدون توجه باقی می‌مانند تا اینکه در نهایت منجر به شکست ناگهانی می‌شوند.

دانشمندان دانشگاه پلی‌تکنیک تحقیقات ملی پرم (PNRPU) تصمیم گرفتند بررسی کنند که آیا فرآیند تخریب فایبرگلاس قابل کنترل است یا خیر. آنها بر ارتعاشات پیچشی تمرکز کردند - همان ارتعاشاتی که بال‌های هواپیما در تلاطم هوا، پره‌های توربین بادی در تندباد‌ها و بدنه وسایل نقلیه پرسرعت تجربه می‌کنند.

در شرایط آزمایشگاهی، محققان مراحل کارکرد طولانی مدت مواد را شبیه‌سازی کردند. نمونه‌های فایبرگلاس ابتدا تحت هزاران چرخه کششی قرار گرفتند تا آسیب خستگی شبیه‌سازی شود. حتی ترک‌های کوچک نیز به طور چشمگیری استحکام را کاهش دادند: نمونه‌ای با نقصی به طول تقریباً ۵ میلی‌متر، باری معادل نصف بار مواد نو را تحمل کرد و شکست به طور ناگهانی و شکننده رخ داد.

سپس دانشمندان به آرامی شروع به کشش نمونه‌های سالم و آسیب‌دیده کردند و همزمان آنها را در معرض ارتعاشات پیچشی کنترل‌شده قرار دادند. دامنه ارتعاش از ۰.۲ تا ۰.۶ درجه و فرکانس آن از ۵ تا ۲۰ هرتز متغیر بود که مطابق با شرایط عملیاتی واقعی سازه‌های هواپیما و نیروگاه است.

نتایج نشان داد که تأثیر ارتعاش اساساً بین مواد نو و آسیب‌دیده متفاوت است. برای نمونه‌های سالم، اکثر حالت‌های ارتعاش مضر بودند: در دامنه‌ها و فرکانس‌های بالا، استحکام تقریباً ۲۵ ٪ کاهش یافت.

میخائیل ترتیاکوف، محقق ارشد مرکز مکانیک تجربی PNRPU، توضیح داد: «ارتعاشات کنترل‌شده، تنش‌ها را در ناحیه ترک توزیع مجدد کرده و خود مکانیسم شکست را تغییر می‌دهند. به جای پارگی ناگهانی و شکننده، این فرآیند تدریجی و قابل پیش‌بینی می‌شود و به سیستم‌های مهندسی زمان بیشتری می‌دهد تا تهدید را تشخیص داده و سازه را به طور ایمن خاموش کنند.»

نویسندگان معتقدند که نتایج به‌دست‌آمده می‌تواند مبنایی برای رویکرد‌های جدید در طراحی و تشخیص سازه‌های فایبرگلاس که در شرایط سخت کار می‌کنند، باشد. این امر به‌طور بالقوه راه را برای توسعه سیستم‌های «هوشمند» که می‌توانند ظهور ریزترک‌ها را در زمان واقعی رصد کرده و به‌طور خودکار ارتعاشات پایدارکننده را فعال کنند، باز می‌کند.