ГЕОМЕТРИЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА НИЗЬКОШВИДКІСНИХ УДАРНИХ ПОШКОДЖЕНЬ ВУГЛЕПЛАСТИКОВИХ ЛАМІНАТІВ: ОГЛЯД МЕТОДІВ

Євген Педан

doi:10.18372/0370-2197.2(111).21336

Автор(и)

Євген Педан Державний університет «Київський авіаційний інститут» https://orcid.org/0000-0002-8761-750X

DOI:

https://doi.org/10.18372/0370-2197.2(111).21336

Ключові слова:

композиційний матеріал, вуглепластиковий композит, низькошвидкісний удар, ледь помітне ударне пошкодження (BVID), глибина вм’ятини, оптична профілометрія, 3D-сканування, деламінація, розшарування, неруйнівний контроль

Анотація

Вуглепластикові ламінати широко застосовуються у легких несучих конструкціях, однак оцінювання їхнього технічного стану після низькошвидкісного удару залишається методично складною задачею. Основна причина полягає у можливому формуванні значного внутрішнього пошкодження за мінімальної або слабо вираженої зовнішньої ознаки. Такий тип дефектності в літературі розглядається як ледь помітне ударне пошкодження (Barely Visible Impact Damage, BVID). Мета статті полягає у систематизації методів опису залишкової поверхневої геометрії та в аналізі її діагностичної інформативності щодо внутрішньої деламінації й інших пошкоджень CFRP-ламінату. Розглянуто максимальну глибину вм’ятини, площу й еквівалентний діаметр поверхневої зони пошкодження, об’єм вм’ятини, форму профілю, кривизну поверхні та часову релаксацію залишкової вм’ятини після удару. Проаналізовано контактні методи вимірювання, оптичну профілометрію, тривимірне сканування, цифрову кореляцію зображень, автоматизоване візуальне виявлення та комбіновані схеми неруйнівного контролю. Показано, що поверхнева геометрія є допоміжною діагностичною характеристикою, але не еквівалентом повної карти внутрішньої деламінації та тріщиноутворення. Для обґрунтованої інтерпретації геометричних параметрів необхідно враховувати товщину ламінату, схему армування, геометрію індентора, енергію удару, час після удару, умови експлуатації та результати NDE-верифікації. Визначено обмеження поверхнево-орієнтованого оцінювання та перспективи інтеграції 3D-профілювання, неруйнівного контролю й машинного навчання для прогнозування внутрішнього пошкодження та залишкової несучої здатності.

Біографія автора

Євген Педан, Державний університет «Київський авіаційний інститут»

аспірант кафедри прикладної механіки та інженерії матеріалів, Державний університет «Київський авіаційний інститут», пр. Любомира Гузара, 1, м. Київ, Україна, 03058

Посилання

Richardson M. O. W., Wisheart M. J. Review of low-velocity impact properties of composite materials. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 1996. Vol. 27, Is. 12. P. 1123-1131. https://doi.org/10.1016/1359-835X(96)00074-7.

Davies G. A. O., Olsson R. Impact on composite structures. The Aeronautical Journal. 2004. Vol. 108, Is. 1089. P. 541-563. https://doi.org/10.1017/S0001924000000385.

European Union Aviation Safety Agency. AMC 20-29: Composite Aircraft Structure. EASA, 2021.

Hasebe S., Higuchi R., Yokozeki T., Takeda S.-i. Internal low-velocity impact damage prediction in CFRP laminates using surface profiles and machine learning. Composites Part B: Engineering. 2022. Vol. 237. 109844. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.109844.

Janeliukstis R., Baranovskis D., Katunin A., Zorin I., Burgholzer P., Lopes H., Dragan K., Rucevskis S., Gaile L., Chen X. Nondestructive evaluation of barely visible impact damage in composite structures - a review. Composite Structures. 2025. Vol. 373. 119661. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2025.119661.

Brooks R. A., Liu J., Hall Z. E. C., Joesbury A. M., Harper L. T., Liu H., Kinloch A. J., Dear J. P. The relationship between the extent of indentation and impact damage in carbon-fibre reinforced-plastic composites after a low-velocity impact. Applied Composite Materials. 2024. Vol. 31. P. 1869-1888. https://doi.org/10.1007/s10443-024-10223-2.

Yousaf M., Zhou C. Numerical study on the rebound of low-velocity impact-induced indentation in composite laminate. Aerospace. 2022. Vol. 9, Is. 11. 651. https://doi.org/10.3390/aerospace9110651.

Yousaf M., Zhou C., Yang Y., Wang L. Numerical study of the hygrothermal effects on low velocity impact-induced indentation and its rebound in composite laminate. Aerospace. 2022. Vol. 9, Is. 12. 802. https://doi.org/10.3390/aerospace9120802.

ASTM International. ASTM D7136/D7136M-25: Standard Test Method for Measuring the Damage Resistance of a Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composite to a Drop-Weight Impact Event. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2025.

ASTM International. ASTM D7137/D7137M-23: Standard Test Method for Compressive Residual Strength Properties of Damaged Polymer Matrix Composite Plates. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2023.

Cantwell W. J., Morton J. The impact resistance of composite materials - a review. Composites. 1991. Vol. 22, Is. 5. P. 347-362. https://doi.org/10.1016/0010-4361(91)90549-V.

Ding Y., Johnson M. S., Liu J., Dear J., Li J., Liu H., Kinloch A. J., Dear J. P. Drop-weight impact of composite laminates: modelling the effect of a round-nosed versus a flat-ended impactor. Applied Composite Materials. 2025. Vol. 32, Is. 3. P. 791-814. https://doi.org/10.1007/s10443-025-10315-7.

Flores M., Mollenhauer D., Runatunga V., Beberniss T., Rapking D., Pankow M. High-speed 3D digital image correlation of low-velocity impacts on composite plates. Composites Part B: Engineering. 2017. Vol. 131. P. 153-164. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.07.078.

Tabatabaeian A., Jerkovic B., Harrison P., Marchiori E., Fotouhi M. Barely visible impact damage detection in composite structures using deep learning networks with varying complexities. Composites Part B: Engineering. 2023. Vol. 264. 110907. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.110907.

Hasebe S., Higuchi R., Yokozeki T., Takeda S. Prediction of compression after impact strength from surface profile of low-velocity impact damaged CFRP laminates using machine learning. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2025. Vol. 189. 108560. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2024.108560.