Skip to main content

European industrial doctorate for damage modelling and online detection in aerospace composite structures

Article Category

Article available in the folowing languages:

Bezbłędne wykrywanie uszkodzeń kompozytów lotniczych coraz bliżej

Struktury kompozytowe wytwarzane na potrzeby przemysłu lotniczego wymagają regularnej kontroli, ponieważ są narażone na ekstremalne warunki pogodowe, a do awarii może dojść na wiele różnych sposobów. W ramach finansowanego przez UE projektu SAFE-FLY powstał innowacyjny wielowymiarowy system do modelowania i identyfikacji uszkodzeń.

Technologie przemysłowe

Przy współudziale światowego lidera w zakresie projektowania, certyfikacji, produkcji i konserwacji lotniczych struktur kompozytowych trzech naukowców na początku kariery, korzystających ze wsparcia z działania „Maria Skłodowska-Curie”, zaprojektowało przełomowy projekt badawczy koncentrujący się na modelowaniu uszkodzeń, oddziaływaniach fala–uszkodzenie i monitorowaniu stanu konstrukcji (ang. structural health monitoring, SHM). Finansowany ze środków UE projekt SAFE-FLY umożliwił opracowanie zaktualizowanej, niezawodnej metodologii kontroli wytrzymałości strukturalnej online w nowoczesnych konstrukcjach lotniczych.

Wspólne działanie środowisk akademickich, inżynieryjnych i przemysłu lotniczego

Obecnie szkolenie naukowców w przemyśle lotniczym przebiega jednopoziomowo – poszczególne firmy realizują własne programy szkoleniowe dla absolwentów. Projekt SAFE-FLY wykorzystał europejskie innowacyjne sieci szkoleniowe, by zawiązać partnerstwo publiczno-prywatne skoncentrowane na szkoleniu nowego pokolenia naukowców, którzy dysponowaliby wielosektorowym doświadczeniem badawczym w zakresie technologii lotniczych. Współpraca badawcza, prowadzona za pośrednictwem krótkich kursów i konferencji, dała każdemu uczestnikowi możliwość zyskania szerszego oglądu w zakresie inżynierii naukowej. Program obejmował rozwój techniczny, pracę zespołową, rozwijanie umiejętności zawodowych oraz promowanie osiągnięć. Główne korzyści polegały na uczestnictwie w semestralnych modułach dydaktycznych, krótkich kursach sieciowych, a także udziału w rozszerzonych i intensywnych stażach przemysłowych. „Projekt SAFE-FLY jest kluczowy dla ustanowienia Europejskiej Przestrzeni Badawczej, zwłaszcza w niefortunnej sytuacji, której jesteśmy świadkami w wyniku Brexitu. W jego ramach powstał ośrodek szkoleniowy dla przyszłych badaczy technologii lotniczych”, mówi Dimitrios Chronopoulos, koordynator projektu.

Nowatorskie rozwiązania skomplikowanych problemów

Jednym z głównych celów projektu SAFE-FLY było stworzenie niezawodnej procedury modelowania uszkodzeń, która pozwoli dokładnie wskazać różne rodzaje uszkodzeń włókien i matryc w kompozytach. Dzięki wprowadzeniu do rozwiązania koncepcji anizotropowego, kohezyjnego modelu pola fazowego udało się osiągnąć ten cel – dzięki temu możliwe jest wykrywanie złożonych rodzajów uszkodzeń wewnątrzwarstwowych w kompozytach cienkowarstwowych. Po szeroko zakrojonych testach przeprowadzonych w ramach doświadczeń na jednokierunkowych laminatach kompozytowych oraz laminatach wzmacnianych tkaniną udało się dowieść skuteczności modelu w dokładnych przewidywaniach powstawania pęknięć wewnątrzwarstwowych – nawet w przypadku warstw o dowolnej orientacji włókien przy zmiennym oddziaływaniu wielu sił. Innym ważnym celem było przeprowadzenie szybkich symulacji modelowania uszkodzeń kompozytów przy minimalnych kosztach obliczeniowych. Projekt SAFE-FLY zaowocował opracowaniem narzędzia, które zastąpiło kosztownych obliczeniowo modelu symulacji fizycznej. Zaproponowany model oparty na sztucznej sieci neuronowej jest szybszy i wydajniejszy. Ponadto zespołowi badawczemu udało się przeprowadzić symulację złożonych scenariuszy uszkodzeń w sytuacji oddziaływania wielu różnych sił.

Wyniki istotne dla przyszłych strategii decyzyjnych i zasad konserwacji

Odwrotne wnioskowanie bayesowskie, teoria informacji i logika rozmyta to główne elementy metodologii stosowane do zarządzania globalnymi niepewnościami na każdym etapie ultradźwiękowego falowodowego monitorowania stanu konstrukcji lotniczych. Przeprowadzone badania doświadczalne pozwoliły na częściową weryfikację proponowanych ram. W tym celu wykorzystano najnowocześniejszy system SHM – PAMELA. Działania te miały miejsce podczas stażów przemysłowych w zakładach Aernnova Engineering SA, beneficjenta przemysłowego projektu. Opracowany moduł ilościowej oceny uszkodzeń przyczyni się do dalszego efektywnego planowania działań konserwacyjnych komponentów lotniczych stosowanych w Europie, prowadząc do obniżenia związanych z tym kosztów. „Korzyści dla operatorów samolotów i pasażerów na całym świecie staną się wkrótce widoczne, potencjalnie obniżając koszty podróży”, podsumowuje Chronopoulos.

Słowa kluczowe

SAFE-FLY, lotnictwo, uszkodzenia, badania, szkolenia, modelowanie uszkodzeń, SHM, struktury kompozytowe, monitorowanie stanu konstrukcji

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania