Российские инженеры превратили томограф в инструмент контроля прочности

Российские инженеры создали миниатюрную разрывную машину для испытания композитных материалов.

Устройство позволяет одновременно растягивать и сжимать образцы и прямо в процессе нагрузки проводить их рентгеновское сканирование. Это даёт возможность в деталях отслеживать, как зарождаются и развиваются дефекты внутри материала.

Учёные Московского авиационного института предложили новый метод испытаний для материалов, которые работают под большими нагрузками. Раньше, чтобы понять прочность материала, его нагружали вплоть до разрушения, а потом измеряли параметры. Такие исследования показывали только финальную стадию. Новая разработка позволяет перейти от статических снимков к наблюдению процесса в реальном времени.

Устройство размещают на вращающейся платформе в камере промышленного томографа. Образец подвергается растяжению, сжатию или изгибу, а рентгеновские лучи сканируют его внутреннюю структуру. В результате получается объёмная визуализация — можно увидеть, как растёт трещина внутри образца с течением времени. Это называют 4D‑сканированием, сообщают "Известия".

Новый метод фиксирует расслоения и трещины задолго до того, как дефект станет серьёзным. Всю историю повреждений — от первой нагрузки до окончательного разрушения — исследуют на одном образце, что исключает погрешности, связанные с разницей между разными экземплярами.

Устройство сделано из радиопрозрачных материалов, которые не мешают сканированию и не искажают результат. При тестировании используют микроскопические дозы материала, которые можно взять из готовых деталей. Это позволяет проверять реальные изделия прямо в процессе их эксплуатации. Например, можно взять образец из крыла самолёта после тысяч часов налёта и понять, безопасно ли продлить ему срок службы.

Главная цель разработки — не наблюдать за разрушением материала, а научиться его предотвращать. Когда инженер видит, как и где зарождается трещина, он может изменить конструкцию так, чтобы трещине просто негде было появиться.

В отличие от зарубежных аналогов, разработка компактна и может работать на обычном промышленном предприятии. Сейчас методику проходят апробацию в реальных проектах.

Внедрение технологии поможет создавать более лёгкие и прочные самолёты, ракеты, гоночные болиды и другие конструкции, предназначенные для экстремальных условий. Чем точнее инженеры понимают поведение материала, тем меньше им приходится закладывать избыточный запас прочности, а значит, изделия становятся легче и дешевле в эксплуатации.

Правда, у метода есть и ограничения. Миниатюрные образцы не всегда полностью отражают свойства крупных конструкций. К тому же 4D‑сканирование даёт огромные объёмы данных — терабайты информации, для обработки которых потребуются специальные нейросетевые алгоритмы.