Kompozitinių medžiagų defektų nustatymo varžos matavimo principu tyrimai
Pancerovas, Arnas |
Kompozitinės medžiagos, gebančios savidiagnostikos principu aptikti pažeidimus pagal elektrinės varžos pokyčius, turi didelį potencialą konstrukcijų būklės stebėsenai. Šio baigiamojo darbo tikslas – ištirti, grafito miltelių danga padengtų, kompozitų elektrinę varžą defektų nustatymui. Tyrimui pasirinkti du skirtingi dangos rišikliai: polimerinis (polivinilo acetato, PVA) ir neorganinis („skystas stiklas“, natrio silikato tirpalas), į kuriuos įmaišyti grafito milteliai. Paruošti įvairių grafito koncentracijų bandiniai. Jų elektrinė varža matuota mechaninio apkrovimo (lenkimo) metu sukėlus dirbtinius defektus. Elektros varža matuota, naudojant dviejų zondų metodą. Bandymų metu formuojantis įtrūkimams, registruoti varžos pokyčiai bei įvertintas grafito koncentracijos poveikis medžiagos laidumui ir jautrumui pažeidimams. Tyrimo rezultatai parodė, kad grafito kiekis, viršijantis perkoliacijos slenkstį, suteikia kompozitui pakankamą elektros laidumą defektų diagnostikai. Tiek PVA, tiek skysto stiklo dangų kompozitai, su pakankamu grafito kiekiu, susiformavus plyšiams demonstravo reikšmingus varžos pokyčius. Pastebėta, kad PVA pagrindo kompozitas ir skysto stiklo dangos kompozitas deformuojant pasižymi laipsnišku varžos didėjimu. Daroma išvada, kad elektrinės varžos stebėsena yra efektyvus būdas kompozitinių medžiagų vidiniams defektams aptikti, o grafitu užpildyti savidiagnostiniai kompozitai turi perspektyvą ankstyvai konstrukcijų pažeidimų diagnostikai.
Composite materials capable of self-diagnosing damage via electrical resistance changes hold promise for structural health monitoring. This study investigates defect detection in graphite coating-covered composites by monitoring their electrical resistance. Composites were prepared using two binder types: a polymer matrix (polyvinyl acetate, PVA) and an inorganic („liquid glass“, sodium silicate), combined with various graphite contents. The electrical resistance of these samples was measured while inducing artificial defects through mechanical loading. The electrical resistance was measured using the 2-wire testing method. As cracks formed the experiments recorded resistance changes and evaluated the effect of graphite concentration on material conductivity and damage sensitivity. Results showed that composites achieve sufficient conductivity beyond a certain graphite percolation threshold for effective damage detection. With sufficient graphite, both PVA and liquid glass composites demonstrated significant resistance changes upon crack formation. It was noticed that both the PVA-based coating-covered and liquid glass coating-covered composites exhibited a gradual resistance increase under deformation when cracks occurred. In conclusion, monitoring electrical resistance proved to be an effective method for detecting internal defects in these composites, and graphite-filled self-diagnostic materials have the potential for early structural damage detection.