Способ неразрушающего контроля конструкций из композиционного материала
оптоволоконный датчик с брэгговской решеткой неразрушающий контроль строительных материалов постоянный контроль деформационного состояния СМАРТ - «умное» расположение" датчиков
Изобретение относится к области исследований неразрушающим контролем строительных материалов – бетонных композиций и конструкций из бетона с использованием оптоволоконного датчика с брэгговской решеткой. Оно может быть использовано для проведения постоянного контроля деформационного состояния бетонной смеси как в процессе формирования конструкции, так и ее эксплуатации, путем мониторинга появления и развития повреждений в объеме исследуемого материала с появлением отслоений, трещин и т.п. под воздействием однотипной механической нагрузки. 
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей и возможность  повышения качества постоянно получаемой информации в режиме реального времени о деформационных процессах, происходящих в исследуемом композиционном материале – бетонной смеси в процессе формирования бетонной конструкции; ее техническом состоянии в процессе изготовления, после ее изготовления и в процессе эксплуатации; фиксации появления и развития дефектов, их месторасположения, и прогнозирование рабочего ресурса конструкции.
Технический результат согласно изобретению достигается тем, что в качестве контролируемого композиционного материала используют зернистую бетонную смесь, а конструкцию – бетонное изделие, в качестве оптоволоконных датчиков используют волоконно-оптические датчики на брэгговских решетках, покрытые защитной оболочкой, в качестве источника света и получателя информации используют интеррогатор, контроль осуществляют посредством постоянного мониторинга в режиме реального времени, перед размещением датчиков в объеме композиционного материала проводят предварительное численное моделирование исследуемой конструкции для оптимизации зон размещения линии волоконно-оптических датчиков на брэгговских решетках в композиционном материале – бетонной смеси, размещают датчики на брэгговских решетках дискретно преимущественно в зоне предполагаемых наибольших концентрациях напряжений, где велика вероятность появления дефекта или повреждения, и в зоне умеренных концентраций напряжений в объеме конструкции, неразрушающий контроль осуществляют в объеме материала  постоянно, начиная с формирования конструкции, при помощи волоконно-оптических датчиков на брэгговских решетках, при этом в процессе формирования контролируют уровень технологических деформаций в режиме реального времени; по полученным данным с волоконно-оптических датчиков на брэгговских решетках отслеживают фазовые переходы и уровни технологических деформаций; после формирования конструкции проводят мониторинг конструкции в процессе эксплуатации: проверяют волоконно-оптические датчики на брэгговских решетках на работоспособность путем дискретного нагружения образца и снятия спектра брэгговской решетки контролируют – имеет ли отраженный спектр один резонансный пик; при задаваемой внешней однотипной нагрузке на контролируемую конструкцию при помощи волоконно-оптических датчиков на брэгговских решетках фиксируют интеррогатором деформацию её при появлении дефекта или дефектов на любом этапе постоянного мониторинга, начиная с формирования конструкции и во время её эксплуатации, по наличию изменения деформированного состояния в зоне появления дефектов и изменению относительных величин:  ,  ,   (где   – измеренные компоненты тензора деформации при помощи волоконно-оптических датчиков на брэгговских решетках в точках p и q для j – варианта нагрузок, k – число контролируемых точек,   – отношение деформаций); проводят мониторинг конструкции непрерывно фиксируя интеррогатором изменения деформационного состояния конструкции преимуществеено в зонах расположения волоконно-оптических датчиков на брэгговских решетках в зонах наибольших и умеренных концентраций напряжений, при этом, о сохранении целостности исходного состояния контролируемой конструкции информируют при постоянстве совокупности отношения деформаций   для каждого из последующих вариантов нагружений при различных значениях числа контролируемых точек (k), а при изменении отношений деформаций   - своевременно сигнализируют о появлении дефекта и развитии дефектности в окрестности контролируемых точек, его местоположении и развитии.
Заявляемый способ позволяет оперативно, своевременно обнаруживать возникшие дефекты в композите на любой стадии исследования (в процессе затвердевания бетонной смеси композита - при формировании конструкции, и в процессе эксплуатации и последующий период воздействия на него однотипной нагрузки), и тем самым вовремя предотвращая разрушение конструкции, а следовательно увеличивая срок службы.
Способ позволяет точно, оперативно информировать о целостности конструкций из зернистого композиционного материала (бетона) о местоположении, о развитии дефекта или дефектов в области мониторинга в зонах, а фиксация данных в зонах  наибольшей и наименьшей напряженности позволяет провести анализ о состоянии конструкции в режиме реального времени;
Способ расширяет функциональные возможности за счёт использования датчиков: волоконно-оптических датчиков с нанесенными брэгговскими решетками на них, что позволило своевременно выявлять моменты повреждения, появление дефекта или дефектов, имея сравнительный анализ отношения деформаций как локальных, так и общих, сигнализировать о недопустимом развитие повреждений, о превышении уровня допустимой деформации в объеме конструкции и  предупреждать его разрушение.
Способ позволяет оптимизировать количество датчиков за счёт СМАРТ - «умного» расположения в специальных местах, определенных предварительным моделированием, не снижая точность и качество получаемой информации о возникших и/или накопленных дефектов в процессе эксплуатации.
Способ позволяет повысить срок эксплуатации волоконного –оптического датчика с брэгговской решёткой за счет защитного покрытия (например, полиимидного, обладающим достаточной прочностью, антифрикционными свойствами, водостойкостью, защищая датчик от любого вида воздействия: сжатие растяжение ударов в процессе его установки, коррозии и т.д.). Илл. 7.
Изобретение относится к области исследований неразрушающим контролем строительных материалов – бетонных композиций и конструкций из бетона с использованием оптоволоконного датчика с брэгговской решеткой. Оно может быть использовано для проведения постоянного контроля деформационного состояния бетонной смеси как в процессе формирования конструкции, так и ее эксплуатации, путем мониторинга появления и развития повреждений в объеме исследуемого материала с появлением отслоений, трещин и т.п. под воздействием однотипной механической нагрузки.
Наталья
Кошелева
Александровна
м.н.с.
Кандидат технических наук
РОССИЯ
Александр
Барях
Абрамович
Директор
РОССИЯ
30.19.51
Прочность машиностроительных конструкций
30.19.02
Общие проблемы
02.03.PU
MECHANICS
Наталья
Кошелева
Александровна
33,3%
РОССИЯ
Григорий
Сероваев
Сергеевич
33,3%
РОССИЯ
Георгий
Гусев
Николаевич
33,3%
РОССИЯ
ФОНД ПРЕЗИДЕНТСКИХ ГРАНТОВ
ФОНД-ОПЕРАТОР ПРЕЗИДЕНТСКИХ ГРАНТОВ ПО РАЗВИТИЮ ГРАЖДАНСКОГО ОБЩЕСТВА
1177700003942
Организация
Организации, учрежденные юридическими лицами или гражданами, или юридическими лицами и гражданами совместно
Фонды
ПФИЦ УрО РАН
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук
1025900517378
Организация
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральные государственные бюджетные учреждения