Оценка влияния дефектов на качество композитов с использованием квазиоптической поляризационно-частотной рефлектометрии в субтерагерцевой области

Abstract

Квазиоптическая поляризационно-частотная рефлектометрия в субтерагерцевой (суб-ТГц) области частот рассмотрена с точки зрения ее применимости в качестве неразрушающего метода обнаружения подповерхностных повреждений композиционных материалов, используемых в современной аэрокосмической промышленности при создании прочных легковесовых конструкций с применением клеевых технологий. Настоящая работа касается исследования возможности обнаружения объемных увлажнений и термических повреждений структур из полимера, армированного волокнами углерода (CFRP), с целью оценки качества подготовки поверхности образцов CFRP перед склеиванием, используя квазиоптические лучеводные системы для поляризационных рефлекто-метрических измерений в суб-ТГц области частот (0,1…0,2 ТГц). Измерение амплитудно-частотных и поляризационных отражающих характеристик материалов на образцах CFRP показало, что термическое воздействие и объемное увлажнение приводят к изменению отражающих характеристик углепластика в этом диапазоне частот, что позволяет надеяться на использование этого метода при создании перспективных средств неразрушающего контроля и оценки качества подготовки поверхности CFRP композитов перед склеиванием.

Розглянуто квазіоптичну поляризаційно-частотну рефлектометрію в субтерагерцовій (суб-ТГц) області частот з погляду її застосовності в якості неруйнуючого методу виявлення підповерхневих ушкоджень композиційних матеріалів, що використовуються в сучасній аерокосмічній промисловості при створенні міцних легковагових конструкцій із застосуванням клейових технологій. Досліджено можливість виявлення об’ємних зволожень і термічних ушкоджень структур з полімеру, армованого волокнами вуглецю (CFRP), з метою оцінки якості підготовки поверхні зразків CFRP перед склеюванням із використанням квазіоптичних променевідних систем для поляризаційних рефлектометрічних вимірів у суб-ТГц області частот (0,1...0,2 ТГц). Вимірювання амплітудно-частотних і поляризаційних характеристик відбиття матеріалів на зразках CFRP показало, що термічний вплив і об’ємне зволоження спричиняє зміну характеристик відбиття вуглепластика в цьому діапазоні частот, що дозволяє сподіватися на використання цього методу при створенні перспективних засобів неруйнуючого контролю й оцінки якості підготовки поверхні CFRP композитів перед склеюванням.

Quasi-optical polarization-frequency reflectometry in subterahertz (sub-THz) frequency range has been considered as a nondestructive method for detecting of subsurface damage of composite materials. Such materials are used in modern aerospace industry to create a strong lightweight structures using adhesive technology. The present work is devoted to the investigation of the possibility of detecting volumetric moisture and thermal damage of the a carbon fibers reinforced plastic (CFRP) structures in order to evaluate a quality of surface preparation before CFRP samples bonding. For this purpose we have used a quasi-optical systems for beamguiding polarization measurements in the sub-THz frequency range (0.1...0.2 THz). The measurements of amplitude-frequency and polarization reflecting characteristics of the CFRP samples showed that the thermal effects and volumetric moisture lead tochanges of reflecting characteristics of samples in this frequency range. The promising results are obtained to use this method when creating means for nondestructive testing and evaluation of the quality of the surface of the CFRP composites before bonding.