Методы и средства диагностики несущей способности изделий из компози

— ЯДР° ползучести (зависимость деформации во времени после

приложения постоянного механического напряжения). Интервал инте- S грирования от - о о до / в зависимостях берется с учетом того, что

!должна быть принята во внимание вся предыстория электрического или механического воздействия. Как видно, уравнения для механической и диэлектрической релаксации похожи, а характеристики материала — функции Ф (0 и K{t) — в обоих случаях сходны как по форме, так и по представляемым свойствам. Основополагающее значение как для меха­ ники, так и для физики диэлектриков имеет знание релаксационного спектра, или распределения времен релаксации. Если известен полный релаксационный спектр, то можно рассчитать физико-механические ха­ рактеристики при других температурах и режимах работы. Например* на основании механического релаксационного спектра GM(x) можно оп­ ределить частотные зависимости составляющих (соответственно вещест­ венной /'(со) и мнимой /"(со)) комплексной податливости:

I более универсальная четырехпараметровая дисперсионная зависимость*

!в то время как в механике существует множество специализированных зависимостей. Наличие физической и математической аналогии между релаксационными явлениями в механике и физике диэлектриков дает возможность обобщения некоторых результатов и математического ап­ парата обработки результатов исследований одной области для другой.

Более широкому использованию аналогии препятствует ряд отличий в представлениях релаксационных процессов. Так, коэффициенты, опи­ сывающие релаксационные спектры, различны. Для обработки данных экстраполяцией результатов эксперимента в трудноосуществимых для

Т а б л и ц а 1

измерений частотных областях в физике диэлектриков широко исполь­ зуются годографы комплексной диэлектрической проницаемости. По­ пытка получить годограф комплексной податливости [2] показала не только значительное отличие экспериментальных данных от теорети­ чески рассчитанных, но и качественное несоответствие формы годографа комплексной податливости форме годографа комплексной диэлектриче­ ской проницаемости для тех же материалов (см., например, годографы для поливинилацетата, полиметилакрилата, поли-«-октилметакрилата). С учетом сказанного проведен ряд исследований [2, 3], посвященных углублению математической аналогии описания механических и диэлек­ трических релаксационных процессов. Так, предложена трансформация анализируемых диэлектрических и механических характеристик мате­ риала. При помощи

р((о) = е(ю) —боо е(о>) —2еоо

комплексная диэлектрическая проницаемость преобразуется в условную' комплексную поляризованность, а при помощи

J ({*)) Jсо

6 (to)

J (со) + 2 /о о

комплексная податливость преобразуется в условную комплексную де­

формацию б, учитывающую, как и соответствующий электрический ана­ лог, деформационные механизмы, т. е. вязкоупругие свойства рассмат­ риваемого материала. Результаты трансформации комплексных харак­ теристик материалов иллюстрирует табл. 1, откуда следует, что имеет место сходство динамических дисперсионных параметров а, b и то меха­ нической и диэлектрической релаксации; отличия наблюдаются в релак­ сационной и мгновенной частях (6*, и р<», 6Шо и р Шо) сравниваемых про­

цессов. Эти расхождения частично могут быть объяснены тем, что ме­ ханические и диэлектрические испытания проводились на других образ­ цах материала.

Дальнейшие исследования по изучению и углублению математиче­ ской аналогии между электрическими и механическими релаксацион­ ными явлениями, на наш взгляд, могут стать основой для разработки нового феноменологического подхода для решения проблемы диагно­ стики прочностных и деформативных характеристик композитных мате­ риалов.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Stan Yalof ЕТМА and UNIRELAX: new directions for the testing, controlling and analysis of non-metallics. — In: Bicentennial of Materials Progress. 21st National

SAMPE Symposium and Exibition, vol. 21, Los Angeles, Calif., Apr. 6—8, 1976,

p. 994—1003.

2.Havriliak S., Negami S. A complex plane respresentation of dielectric and mechnical

УДК 537;620.179

НОВЫЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ КАЧЕСТВА КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Повышение точности и надежности диагностики деформативных и прочностных характеристик композитных материалов может быть осу­ ществлено посредством включения в комплекс физических характерис­ тик, используемых для диагностики, новых информативных параметров; повышением точности измерения применяемых для этих целей физиче­ ских и технологических параметров. Сказанное в полной мере относится и к электроемкостному методу, который в последнее десятилетие широко применяется для контроля качества исходных компонентов композитных материалов (например, работы М. М. Горбова, В. К. Федотова), непо­ средственно композиций и контроля процесса производства этих мате­ риалов (работы О. С. Любутина) и др.

Вданном сообщении приводится обзор исследований, проведенных в Институте механики полимеров АН ЛатвССР, по усовершенствованию электроемкостного метода и повышению эффективности применения его для диагностики качества композитных материалов.

Внаправлении расширения информативности электроемкостного ме­ тода проведены исследования, касающиеся разработки средств диэлек­ трической спектрометрии. Достижения в области регистрации быстрых лроцессов позволили создать необходимые технические средства спек­ трометрии, основанные на методе поляризационного тока. Сущность этого метода заключается в регистрации и спектральном анализе тока

заряда или разряда конденсатора — первичного преобразователя, в электрическое поле которого введен исследуемый материал. Метод вы­ годно отличается от других методов спектрометрии, во-первых, более широким диапазоном рабочих частот (порядка 5—6 декад) и, во-вторых, простотой автоматизации весьма сложного и трудоемкого эксперимента.

Если воспользоваться четырехпараметровым описанием диэлектриче­ ской релаксации, известным также под названием зависимости Гав­ рил ьяка—Нега ми,

еШо —е'оо [1 -I- (/сот)1-а] р

то все четыре параметра описания ( е — е ' оо — инкримент диэлектриче­ ской проницаемости, е'(о0 — диэлектрическая проницаемость при посто­

янном токе (частота со = 0), т — наивероятнейшее время релаксации, •а — показатель ширины и р — показатель симметрии спектра) могут •быть определены из опытов диэлектрической спектрометрии и, следова­ тельно, привлечены для целей диагностики.

В другой интерпретации полученные из спектрометрических иссле­ дований результаты могут быть представлены как частотные зависимо­ сти составляющих е ' (диэлектрическая проницаемость) и е " (коэффи­ циент диэлектрических потерь) комплексной диэлектрической прони­

цаемости е (рис. 1 ,а, б). Упомянутые характеристики, определяемые только при помощи спектрометрической техники, в ряде случаев явля­ ются более информативными по сравнению с диэлектрической прони­ цаемостью и коэффициентом диэлектрических потерь, измеренных при

igr.c

Рис. 2. Кинетика релаксационного спектра эпоксидного связующего ЭД-20 в процессе полимеризации. Время полимеризации, ч: 1 — 3,75; 2 — 4; 3 — 5; 4 — 13; 5 — 140.

оказаться полезной при оптимизации рабочей частоты измерителей ди­ электрической проницаемости и коэффициента потерь, работающих на постоянной частоте, и, таким образом, повысить эффективность их при­ менения.

По второму направлению совершенствования электроемкостной из­ мерительной аппаратуры в основном были проведены исследования по изысканию новых видов формирования и обработки многомерного сиг­ нала. Как известно, неразрушающий контроль физических характерис­ тик, особенно при одностороннем доступе к поверхности объекта конт­ роля, сопровождается сравнительно высоким уровнем «мешающих» факторов, устранение которых возможно лишь многопараметровыми ме­ тодами контроля.

На основе указанных методов в Институте механики полимеров раз- 1 работай и СКВ научного приборостроения при институте создан ряд измерительных приборов. Исследования показали, что большими потен­ циальными возможностями характеризуется модуляционный способ фор­ мирования сигнала, т.-е. непрерывное периодическое изменение по опре­ деленному закону глубины проникновения электрического поля в кон­ тролируемой среде. Метод позволяет привлечь для целей диагностики новые информативные характеристики, не ограничивает размерность многопараметровой задачи и упрощает формирование избыточной ин­ формации. Техническое осуществление модуляции глубины проникнове­ ния поля может быть выполнено либо механическими или электромаг­ нитными средствами изменения геометрии конденсатора (преобразова­ теля), либо электронной коммутацией его электродов. В качестве выходного сигнала преобразователя используется переменная составляю­ щая емкости (в общем случае с учетом диэлектрических потерь — ком­ плексная величина). Достоинством метода является и то обстоятель­

240 И. Г МАТИС

представляет собой функцию преобразования входных параметров од­ ного канала многоканального преобразователя. Поскольку рещение та­ ких систем уравнений (в простейшем случае линейных) с прямоугольной матрицей коэффициентов сопряжено с определенными трудностями, в частности с усложнением алгоритма решения и ухудшением обуслов­ ленности матрицы, предлагается предварительное преобразование пря­ моугольной матрицы путем исключения из нее «лишних» уравнений со­ гласно определенному алгоритму и приведение таким образом прямо­ угольной матрицы к квадратичной. В общем случае алгоритм преобра­ зования подлежит оптимизации.

В табл. 2 приведены результаты исследования эффективности (рас­ сматривались три частных критерия качества: зона компенсации A/ii,

формации для всех возможных двухпараметровых комбинаций входных параметров проницаемости ег и толщины слоя /гг, проницаемости ег и воздушного зазора hi между объектом контроля и преобразователем.

Все измерения проводились многоэлементным накладным преобразо­ вателем с плоскими прямыми электродами с оптимизацией комбинации