العلماء الروس يتوصلون إلى طريقة للتنبؤ بتعطل الطائرات

سبوتنيك. تستخدم المواد المركبة اليوم في قطاع النقل على وجه الخصوص. ومن أجل تقييم نوعية ومتانة المادة، من المهم إجراء تقييم الجهد داخل بنية الهيكل بأكمله، إن كان ذلك في مرحلة التصنيع أو عند الاستخدام. هناك مواد مركبة يصل جهدها الداخلي بعد الإنتاج إلى 95% من الحد الأقصى من المتانة، أي بعبارة أخرى لا يبقى إلا القليل حتى تتصدع المادة، وقد تم نشر هذا البحث في مجلة "Journal of Alloys and Compounds".

لا يوجد لدى البوليمر المدعم بألياف الكربون والألياف الزجاجية والمواد المركبة الهجينة مثل هذا المستوى للجهد الداخلي بعد التصنيع، ولكن يتراكم الجهد تحت ضغط أحمال التشغيل وكذلك البيئة الخارجية والعوامل الجوية. وهذا كله يؤدي إلى تلف المواد وانخفاض في قدرتها على تحمل الحمولة.

وفي هذا الإطار أوضح الخبير أندريه ستيباشكين كبير الباحثين في مركز المواد المركبة قائلاً: "إن طرق قياس الجهد في هياكل المواد المركبة غالباً ما تكون غير مريحة. على سبيل المثال تسمح طرق التماس عن بعد (الموجات فوق الصوتية وكاشف العيوب الصوتي) بالكشف عن العيوب التي تظهر مباشرة، لكنها لا تقدم أي معلومات عن الجهد التي تتعرض له المادة ولا عن انتشاره على طول جسم الهيكل. في حين أن الطرق التقليدية لتقييم الإجهاد هي طرق تماس مباشر وتتطلب الاتصال بالمواد عن طريق الملصقات. إذاً فإن مرحلة قبل ظهور العيوب من خلال الطرق التماس عن بعد غير مدروسة على الإطلاق، ولهذا نحن نضطر لتصميم طريقة جديدة".

إن فكرة العلماء من جامعة "ميسيس" تكمن في تقييم الجهد بفضل أسلاك صغيرة ممغنطة لينة غير متبلورة، والتي تثبت أثناء مرحلة التصنيع بين طبقات البوليمر المدعم بألياف الكربون وتشكل شبكة حساسة تكشف عن قيمة الجهد التي تتعرض له المادة.

إن حالة الإجهاد في المادة المحاطة بسلك صغير، تؤثر على كيفية تفاعل المادة في السلك مع المجال المغناطيسي الخارجي. وبالتالي وفقاً لذلك يمكن أن يجري القياس من دون تماس، دون ربط أجهزة الاستشعار بالمادة، أي أنه لا نحتاج للملصق لأنه مدمج داخل المادة بعمق مطلوب في مرحلة التصنيع.

وقد لاحظ المصممون إمكانية استخدام جهاز استشعار واحد فقط — خلافاً للطرق التقليدية المنتشرة للكشف عن العيوب والتي تتطلب وضع الأجهزة على جانبي المادة التي يراد قياس جهدها. بعبارة أخرى فإن هذه التقنية تبسط إلى حد كبير وتسرع وتقلل من تكلفة عملية تقييم حالة المركب مما يتيح ليس فقط تحديد العيوب بطريقة التماس عن بعد وإنما التنبؤ بظهورها بشكل مسبق.

حالياً قام الباحثون باختبار مختلف طرق القياس وطريقة إدخال الأسلاك في المركب، متأكدين من أن خصائص المادة لا تنهار بسبب ذلك.

لقد تم بالفعل تقييم ما توصل إليه الباحثون من جامعة "ميسيس" تقييماً عالياً من قبل بعض ممثلي الصناعات الفضائية والطيران، وكذلك مصممي المواد المركبة. وبحسب قول أندريه ستيباشكين فإنه ينبغي على فريق العمل الآن مغادرة المختبر والعمل على تصميم نموذج لجهاز استشعار ونظام قياس على أساس جهاز المختبر.

وأكد الباحث بهذا الشأن قائلاً: "لقد قمنا بالخطوة الأولى فقط، لكننا أصبحنا نرى تطبيقاً ملموساً لتصميمنا، الذي يتمتع بقدرات إضافية: إمكانية دمج شبكة من الأسلاك الصغيرة في المادة يمكن أن تسمح بتوفير خروج الشحنة الثابتة في الهياكل المصنوعة من الألياف الزجاجية. أي أن أسلاكنا يمكن أن تحل محل الشبكات المعدنية التي يتم دمجها حالياً في هذه المواد.