Разработка и исследование новых процедур активного теплового контроля композитов и сотовых структур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кладов Дмитрий

• Кладов Дмитрий
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Кладов Дмитрий

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АКТИВНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОНТРОЛЬ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (КРАТКИЙ ОБЗОР)

1.1 Краткий обзор исследований по тепловому контролю

1.2 Специализированные тепловые дефектоскопы и их программное обеспечение

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИИ И ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ В АКТИВНОМ ТЕПЛОВОМ КОНТРОЛЕ

2.1 Базовая теория

2.2 Изменение тепловой инерции и температуропроводности в зависимости от параметров дефектов: анализ чувствительности метода

2.3 Анализ результатов моделирования

2.4 Экспериментальные результаты

2.5 Выводы по Главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НОВЫХ СПОСОБОВ АКТИВНОГО ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ

3.1 Тепловой контроль скрытой воды в сотовых панелях стеклопластик-бумага Кошех при изменяющейся в пространстве ориентации панелей

3.2 Численное моделирование теплового контроля при различном заполнении ячеек сот водой

3.3 Результаты моделирования и анализ

3.4 Экспериментальные результаты контроля сотовых панелей

3.5 Выбор оптимального вида нагрева

3.6. Экспериментальные результаты

3.6 Выводы по Главе

ГЛАВА 4. НОВЫЙ БЕЗЭТАЛОННЫЙ МЕТОД ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ОДНОСТОРОННЕГО ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ

4.1 Базовая теория

4.2 Определение температуропроводности в одностороннем ТК

4.3 Применение безэталонного метода обработки термограмм в ТК

4.4 Экспериментальные результаты

4.5 Выводы по Главе

ГЛАВА 5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВИЗОРОВ РАЗЛИЧНОГО УРОВНЯ В АКТИВНОМ ТЕПЛОВОМ КОНТРОЛЕ

5.1 Использованная тепловизионная аппаратура

5.2 Описание контрольных образцов

5.3 Экспериментальные результаты

5.4 Эффективность обнаружения дефектов

5.5 Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Список публикаций по теме диссертации:

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Акт об использовании результатов диссертационной работы, отзывы на работу

ВВЕДЕНИЕ

Научная проблема, в рамках которой выполнены данные диссертационные исследования, заключается в разработке прогрессивных научно-технических подходов в области автоматизированного неразрушающего контроля (НК) конструкционных материалов нового поколения. Применение таких материалов стремительно расширяется в высокотехнологичных отраслях промышленности, включая авиацию, ракетно-космическую сферу, энергетику, автомобилестроение и судостроение. Основное внимание в работе уделено созданию новых методов неразрушающих испытаний теплового вида, а также совершенствованию существующих методов, с целью выявления характерных дефектов в композитах, современных сплавах и материалах, производимых с использованием аддитивных технологий.

Необходимость в проведении данных исследований обусловлена возрастающим спросом на эффективные методы неразрушающего контроля в сферах, предъявляющих особые требования к качеству продукции и безопасности эксплуатации, прежде всего, в авиационно-космической отрасли, энергетике, транспорте, а также в автомобильной и судостроительной промышленности. Цель неразрушающего контроля заключается в обеспечении высокого уровня эксплуатационной надежности и качества изделий в условиях современной технологической цивилизации. Переход к использованию новых типов материалов, таких как композиционные материалы, инновационные сплавы и изделия, полученных с применением аддитивных производств, стал серьезным вызовом для традиционных методов неразрушающего контроля (в том числе радиационного контроля, использования проникающих веществ, ультразвуковых и электромагнитных методов). Это связано с тем, что возникающие в этих материалах дефекты (включая расслоения, пористость, неполное отверждение, разрушение матрицы, наличие влаги и пр.) существенно отличаются от дефектов, характерных для изделий из классических металлических материалов.

В этих условиях тепловой контроль (ТК) рассматривается как перспективное направление в сфере неразрушающих испытаний композиционных материалов. В последние годы этот метод получил новое развитие благодаря ряду ключевых преимуществ - высокой скорости проведения контроля, наглядности представления результатов и способности эффективно выявлять специфические дефекты композитов, такие как расслоения, удары, избыточная пористость, влага в ячеистой структуре и другие.

Актуальность исследований обусловлена необходимостью повышения эффективности теплового неразрушающего контроля путем разработки и экспериментальной апробации новых процедур неразрушающих испытаний, в особенности, применительно к современным конструкционным материалам, с трудом поддающихся контролю традиционными методами неразрушающих испытаний.

Степень разработанности темы

В области теплового неразрушающего контроля работают следующие отечественные и зарубежные научные группы.

Научная группа ТГТУ, г. Тамбов под руководством В.Н. Чернышева занимается разработкой теплофизических аспектов и автоматизированной обработкой данных ТК. Научные группы А. Б. Корнилова (ФАУ «ЦАГИ», г. Жуковский), Г. П. Батова, (НУЦ «Качество», г. Москва) разрабатывают применение ТК для авиационных полимерных композиционных материалов (ПКМ) и покрытий. Научная группа О. Н. Будадина и С. О. Козельской (АО «ЦНИИСМ», г. Хотьково) специализируется на разработке устройств и способов контроля изделий из ПКМ для ракетно-космической техники. Коллектив научно-производственной лаборатории «Тепловой контроль» (ТПУ, г Томск) под руководством В. П. Вавилова (В. В. Ширяев, Д. А. Нестерук, А. О. Чулков) разрабатывает теорию и аппаратуру активного теплового контроля и общего практического применения ТК.

Ряд других российских научно-технических организаций также проводят исследования в смежных отраслях - аэрокосмической, машиностроительной, электротехнической и строительной.

Существенное развитие ТК получил в ряде зарубежных научно-исследовательских и производственных организаций благодаря работам Hai Zhang (Институт технологии г. Харбин, Китай), R. Mulaveesala (Институт технологии г. Дели, Индия), X. Maldague (Университет Лаваля, Канада) и J.-C. Batsale (Университет г. Парижа, Франция), A. Siddiqui (Лаборатория передовых систем, Индия), P. Servais (NDTPro, Бельгия), B. Oswald-Tranta (Университет Леобен, Австрия), M. Omar (Университет Халифа, ОАЭ), S. Shepard (Thermal Wave Imaging, США), C. Maierhofer (Институт исследования материалов, Германия), P. Bison (Институт технологии конструкций, Италия), S. Sfarra (Университет Аквилы, Италия). Результаты исследований вышеуказанных авторов подтверждаются рядом фундаментальных монографий и публикаций в специализированных международных журналах.

Настоящая диссертационная работа выполнена в Томском политехническом университете в рамках научно-технических проектов, финансируемых РНФ и рядом промышленных предприятий, а также развивает результаты исследований, описанных в защищенных диссертациях А. О. Чулкова, А. И. Московченко, Б. И. Шагдырова.

Цель исследования - разработка и экспериментальная верификация новых процедур активного теплового контроля, направленных на повышение достоверности контроля и определение параметров скрытых дефектов.

Задачи исследования:

• Разработать концепцию эквивалентной тепловой инерции и температуропроводности в активном ТК для выявления скрытых дефектов по локальным изменениям теплофизических характеристик (ТФХ) материалов. Экспериментально определить статистические показатели процедур оценки

ударных повреждений в угле- и стеклопластике по изменению тепловой инерции температуропроводности.

• Определить эффективность теплового контроля при обнаружении и определении количества воды в сотовых панелях при частичном заполнении ячеек и произвольной ориентации сотовых панелей.

• Разработать процедуру активного одностороннего ТК, основанную на обработке температурных профилей в области времен, с целью снижения тепловых помех и осуществления послойного зондирования объекта контроля.

• Сравнить эффективность тепловизоров различного технического уровня и ценовых категорий при их использовании в процедурах активного ТК, обосновать требования к тепловизорам, применяемым в активном ТК.

Объект исследования - многослойные конструкционные материалы со структурными неоднородностями (дефектами).

Предмет исследования - различные способы активного ТК, тепловые дефектоскопы с различными параметрами и результаты активного ТК в виде последовательностей инфракрасных (ИК) термограмм.

Научная новизна

• Предложена концепция эквивалентности тепловых аномалий, вызванных скрытыми дефектами, и изменений теплофизических характеристик материалов, а именно, тепловой инерции в односторонней процедуре и температуропроводности в двухсторонней процедуре активного ТК. Установлено, что ударные повреждения с энергией до 60 Дж в углепластике толщиной до 5 мм эквивалентны изменениям тепловой инерции до 20-40% и температуропроводности - до 40%.

• Установлено, что эффективность одностороннего активного теплового контроля скрытой воды в авиационных сотовых панелях слабо зависит от ориентации ячеек сот при массе воды в ячейках более 30% по объему.

• Предложен новый алгоритм обработки термограмм в пространстве времен при одностороннем ТК, что позволило снизить влияние поверхностных помех в 3-5 раз по критерию отношения сигнал/шум (SNR); метод позволяет идентифицировать дефекты в стекло- и углепластиковых композитах на глубинах до 5-6 мм при поперечных размерах более 10 мм. Получена новая формула, связывающая времена достижения определенных температурных уровней с коэффициентом температуропроводности в односторонней процедуре ТК.

Практическая значимость работы

Результаты исследований предназначены для практического применения в научно-исследовательских работах, контрактах с промышленными предприятиями по разработке методик неразрушающего контроля и технологических карт, а также в учебном процессе. Экспериментальные результаты и данные численного моделирования были использованы при разработке методик и аппаратуры при выполнении научно-исследовательских работ для АО «ОДК-Авиадвигатель» и ООО «Мир знаний». Для практики ТК важен сделанный экспериментальный вывод о сравнительно слабом влиянии технических характеристик современных тепловизоров на выявляемость дефектов, в то время как предельные возможности теплового метода зависят от уровня тепловых шумов, сопутствующих процедурам ТК.

Методологические основы и методы исследования

В настоящей диссертационной работе использованы современные аппаратура, методики и программное обеспечение ТК, в т.ч. разработанные в ТПУ. В теоретических исследованиях использовано программное обеспечение ThermoCalc-3D Pro, предназначенное для расчета температурных полей при

внешней стимуляции объектов контроля. Экспериментальные исследования были выполнены на тепловизорах различного технического уровня: от тепловизионного модуля Opgal для смартфона до исследовательского тепловизионного комплекса FLIR SC 7700. В качестве объектов исследований были использованы контрольные образцы, как предоставленные заказчиками в ходе выполнения контрактов, так и изготовленные автором.

Положения, выносимые на защиту

• Структурные дефекты материалов в виде нарушения сплошности эквивалентны соответствующим локальным изменениям теплофизических характеристик материалов, что позволяет создавать контрольные образцы объектов ТК с искусственными дефектами, эквивалентными реальным дефектам. Например, ударные повреждения с энергией до 60 Дж в углепластике толщиной до 5 мм эквивалентны изменениям тепловой инерции до 20-40% и температуропроводности - до 40%.

• Наличие воздушных промежутков в ячейках сот с водой существенно влияет на время оптимальной регистрации температурных сигналов, но слабо зависит от ориентации сотовой панели при заполнении ячеек более чем на 30% по объему.

• Влияние мультипликативных тепловых помех на результаты одностороннего ТК может быть снижено путем выделения относительных уровней сигнала в нестационарном температурном отклике дефектов, причем время появления каждого уровня слабо зависит от помехи и определяется глубиной залегания дефекта.

Достоверность полученных теоретических и экспериментальных результатов

Обоснованность полученных теоретических и экспериментальных данных подтверждается высокой степенью совпадения результатов моделирования с

результатами, полученными в ходе экспериментальных испытаний образцов, содержащих искусственно сформированные дефекты. Достоверность экспериментальной части исследования обеспечена использованием современной высокочувствительной тепловизионной аппаратуры, зарегистрированной в Государственном реестре средств измерений Российской Федерации и сертифицированной в установленном порядке. Представленные в диссертационной работе результаты находятся в логическом согласии с положениями, общепринятыми в научной литературе, и подтверждаются данными, опубликованными другими исследовательскими группами.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование новых процедур активного теплового контроля композитов и сотовых структур»

Апробация работы

Основные научные положения и результаты исследования прошли апробацию на нескольких ведущих международных и всероссийских конференциях, включая Международную Азиатскую конференцию по количественной инфракрасной термографии (Asia QIRT'2023, 30 октября - 3 ноября 2023 г., г. Абу-Даби, ОАЭ), а также XXXV-ю Уральскую конференцию с международным участием «Физические методы неразрушающего контроля» («Янусовские чтения», 13-14 марта 2024 г., г. Екатеринбург). Кроме того, основные результаты опубликованы в рецензируемых научных изданиях, список которых приведен в Приложении 1.

Личный вклад автора

Автором разработана технология изготовления контрольных образцов стеклопластиковых сотовых панелей с различным содержанием воды в ячейках сот, а также образцов из углепластикового композита с внутренними дефектами различных типов, реализующих принцип «тепловых эквивалентов» дефектов. Самостоятельно проведены экспериментальные исследования и численное моделирование процедур теплового контроля различных типов контрольных образцов. Обработка экспериментальных данных и интерпретация результатов

была выполнена с использованием специализированного программного обеспечения при непосредственном участии автора.

Связь диссертационного исследования с научно-техническими грантами

Диссертационные исследования связаны с выполнением следующих проектов:

• Проект по Программе «Приоритет-2030-НИП-ЭБ-008-0000-2022 «Комплексный тепловой и ультразвуковой неразрушающий контроль композитов, используемых в водородной и ядерной энергетике». Срок выполнения 2022-2023.

• Грант РНФ №29-19-00103 (ТПУ 5.0031.РНФ.2022) «Разработка методических, программных и аппаратных основ автоматизированного теплового неразрушающего контроля композиционных материалов и изделий авиационной и ракетно-космической техники». Срок выполнения 2022-2023.

• Грант РНФ №22-29-01469 (ТПУ 5.0015.РНФ.2022) «Разработка методологических и аппаратных основ теплового неразрушающего контроля композиционных авиационных материалов в режиме непрерывного линейного сканирования». Срок выполнения 2023-2024.

Публикации по теме диссертации

Соискателем опубликовано 13 научных работ, все по теме диссертации, в том числе, 6 статей в изданиях, индексированных в базах данных SCOPUS и Web of Science, 6 из которых опубликованы в журналах квартилей Q1 и Q2, 7 из опубликованных статей имеют версии на русском языке в журнале «Дефектоскопия», входящем в «Белый список». Список публикации соискателя по теме диссертации приведен в Приложении А.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, включающего 110 работ, содержит 115 страниц текста, 26 рисунков, 14 таблиц.

ГЛАВА 1. АКТИВНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОНТРОЛЬ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (КРАТКИЙ ОБЗОР)

1.1 Краткий обзор исследований по тепловому контролю

В последние годы наблюдается значительный рост интереса к методам теплового контроля (ТК), что отражено в большом числе научных публикаций, монографий и диссертационных исследований, посвященных тематике этого метода испытаний. В настоящей главе приведен краткий обзор актуального состояния преимущественно активного ТК, использованы также материала ряда обзорных работ, опубликованных группой ТК в Томском политехническом университете).

Стоит отметить, что, несмотря на обилие публикаций, ключевая проблематика активного ТК остаётся динамичной и требует дальнейшего углубления.

Возникновение устойчивого спроса на методы неразрушающего контроля было обусловлено развитием серийного промышленного производства, где контроль качества продукции стал необходимым элементом технологических процессов. Методология неразрушающего контроля (НК) опирается на фундаментальные физические законы, предусматривающие использование различных типов физических воздействий и регистрацию их ответных проявлений. В рамках ТК основное внимание уделяется процессам распространения нестационарных тепловых потоков в твердотельных средах, инициируемых внешними источниками тепловой энергии. Эволюцию температурного поля во времени и пространстве отслеживают с применением тепловизионных средств измерения. Согласно ГОСТ 27.002-2015 «Надёжность в технике. Термины и определения», под дефектом понимают любое отклонение объекта от установленных нормативно-технической документацией требований. При тепловом воздействии на образец, не содержащий дефектов, наблюдается формирование упорядоченной структуры теплового потока, создающей

регулярную (характерную) картину температурного распределения. Появление внутренних неоднородностей приводит к локальным искажениям температурного поля, которые могут быть зафиксированы с помощью температурных датчиков, среди которых наибольшее практическое значение имеют тепловизоры. Техническая диагностика и неразрушающий контроль находят параллели в медицинской диагностике, но применительно к техническим объектам. Эта аналогия особенно наглядна в случае ТК. В медицине температурные показатели отражают состояние здоровья организма, поскольку все метаболические процессы протекают лишь в определенном температурном диапазоне, а отклонения от нормы сигнализируют о возможных патологиях. Измерение температуры человеческого тела как диагностический метод применялось с древнейших времен, преимущественно контактными способами. Однако ключевым моментом в развитии термодиагностики стало открытие инфракрасного (ИК) излучения У. Гершелем в 1800 году.

В последующие годы формировалась теоретическая база теплопередачи в работах Фурье и Ангстрема, которые заложили математический фундамент анализа тепловых процессов. Их исследования в области математического описания изменения температуры в частотной и/или временных областях с использованием преобразований Фурье и Лапласа впоследствии стали основой для развития современных методов термографии и были эффективно использованы в ТК для шумоподавления и дефектометрии.

Современная история тепловидения началась с военных разработок середины XX века, когда ИК-системы начали применяться в оборонной промышленности как в странах Европы, Северной Америки, так и в СССР. Сам термин «тепловидение» возник как коммерческое наименование продукции шведской фирмы AGA, чьи приборы были особенно востребованы в СССР в 19701980-е годы. Впоследствии интерес к ТК лишь усиливался, чему способствовали как научные публикации, так и расширение сфер применения метода [3-21].

Анализ эволюции НК позволяет выделить три ключевые национальные школы, окончательно сформировавшиеся к концу XX века: американскую,

германскую и советскую (российскую). В рамках последней сложилось мощное научное направление в области активного теплового контроля (ТК), основополагающий вклад в которое внесли такие исследователи, как П.К. Ощепков, Н.А. Бекешко, А.Б. Упадышев, Ю.А. Попов, А.Е. Карпельсон, Ю.В. Гавинский, В.П. Вавилов, Д.А. Рапопорт, О.Н. Будадин, Е.В. Абрамова, А.И. Потапов, В.Н. Чернышев и другие. На базе научных центров и производственных организаций, таких как НПО «Спектр» (Москва), Томский политехнический университет (Томск), ЦНИИ специального машиностроения (Хотьково) и Тамбовский технический университет, были заложены основы как теоретических, так и прикладных исследований в этой области. Впоследствии работы по ТК получили развитие и в смежных отраслях, включая аэрокосмическую, машиностроительную, строительную и электронную промышленность.

На рубеже ХХ-ХХ1 веков произошли два ключевых технологических сдвига, оказавших существенное влияние на развитие ТК. Первый связан с прогрессом в области тепловизионных технологий, что обеспечило значительное улучшение технических характеристик тепловизоров, расширение их ассортимента и снижение стоимости. В сегменте матричных ИК детекторов, особенно неохлаждаемых, отечественные разработки по-прежнему отстают от зарубежных аналогов, тем не менее, тепловизоры перестали быть узкоспециализированным оборудованием и получили широкое распространение в практике температурного мониторинга. Дополнительный импульс развитию отечественной элементной базы ИК техники придает текущая геополитическая ситуация, включая внешнеэкономические ограничения, что подтверждается, в частности, материалами специализированных конференций, таких как Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, 25-27 мая 2022 г.).

Вторым существенным фактором стало активное внедрение композиционных материалов в высокотехнологичные отрасли - авиацию, ракетно-космическую и оборонную промышленность, транспорт и другие. В условиях

широкого применения подобных материалов ТК продемонстрировал высокую эффективность при выявлении внутренних дефектов, что в сочетании с высокой производительностью сделало его одним из ключевых методов НК. В ряде направлений, особенно в авиационно-космической технике, ТК рассматривается в качестве приоритетного инструмента диагностики (в частности, он был использован в ходе расследования катастрофы космического корабля Columbia в 2003 году [22]).

Последнее десятилетие характеризуется появлением нового поколения тепловых дефектоскопов, созданных на базе экономичных тепловизионных модулей высокого качества и эффективной компьютерной техники. Пионером коммерциализации приборов ТК стала американская компания Thermal Wave Imaging, предложившая не только современное оборудование, но и запатентованный принцип термографической обработки сигналов (TSR-Thermographic Signal Reconstruction) [23]. Сегодня на мировом рынке активно работают фирмы из Германии (Automation Technology, InfraTec, DCG Systems) и Израиля (Opgal). В России значительные исследования в этом направлении проводятся в Томском политехническом университете, где, в частности, создан роботизированный комплекс активного теплового контроля для промышленных заказчиков с впечатляющей производительностью до 25 м2/час. [24].

Обзоры зарубежных и отечественных исследований в области активного ИК термографического контроля содержатся в ряде монографий и обзорных статей [17, 19, 21]. Ниже приводится краткое описание групп, внесших существенный вклад в ТК.

X. Maldague (University Laval, Канада) - общие вопросы и популяризация ТК, новые методы обработки данных [11, 13, 25].

Xioyan Han (Wayne State University, США) - акустическая ИК термография

[26].

J.N. Zalameda, W. Winfree, E. Cramer (NASA Langley Research Center, США) - аэрокосмические применения ТК, развитые методы обработки данных [27].

S. Shepard (Thermal Wave Imaging, Inc., США) - аппаратура и метод термографической реконструкции сигнала [22].

J. G. Sun (Argonna National Laboratory, США) - тепловая томография на базе анализа тепловой инерции [28].

B. Oswald-Tranta (University of Leoben, Австрия) - индукционная ИК термография [29].

J.-P. Batsale - теплофизические аспекты ТК, комбинирование с терагерцовым контролем [30].

W. Swiderski (Military Institute of Armament Technology, Польша) -композиционные материалы военного и авиакосмического назначения [31].

G. Steenackers (University of Antwerpen, Бельгия) - ИК термографический контроль объектов искусства [32].

P. Bison (ITC-CNR, Италия) - общие вопросы ТК, определение ТФХ, ТК объектов искусства [33].

M. Svantner, А.И. Московченко (University of West Bohemia, Чехия) - ТК композитов и тепловая дефектометрия [34].

Hai Zhang (Harbin Institute of Technology, Китай) - теория ТК, тепловая дефектометрия и томография [35].

В.П. Вавилов, А.О. Чулков, Д.А. Дерусова (Томский политехнический университет, Россия) - общие вопросы ТК, моделирование и обработка данных, роботизированная аппаратура ТК, лазерная виброметрия [17, 20, 24, 36].

О.Н. Будадин, С.О. Козельская (ЦНИИ специального машиностроения, Россия) - тепловая дефектометрия, композиционные материалы, комбинирование методов НК, контроль крупногабаритных изделий [18, 19, 37].

Е.В. Абрамова (МГТУ им. Н.Э. Баумана, Россия) - нормативно-методические аспекты и обучение в области ТК [18, 19, 40].

А.И. Потапов (Северо-Западный государственный заочный технический университет, Россия) - НК композиционных материалов, комбинированные методы НК [19].

М.И. Щербаков (фирма «ИРИТИС», Россия) - устройства теплового контроля на базе оригинального отечественного тепловизора «ИРТИС»).

В.Н. Чернышев (Тамбовский технический государственный университет, Россия) - теплофизические аспекты ТК [21, 39].

В.А. Захаренко (Омский государственный технический университет, Россия) - пирометрия и метрология [40].

И.О. Котовщиков («Локус», Россия) - активный ТК авиационных композитов [41].

Ряд групп прекратили активную деятельность на момент написания данной диссертации и приведены для полноты картины. Не включены исследователи, специализирующиеся на пассивном ИК термографическом контроле. Целесообразно отметить, что из приведенных выше научных групп с 12-ю группами у ТПУ имеются совместные исследования и публикации.

Обобщая данные из обзора, можно отметить, что в сфере технической реализации ТК произошли значительные перемены, обусловленные появлением разнообразных коммерческих тепловизоров и модулей на их основе. Именно на этой элементной базе создают как единичные, так и мелкосерийные тепловые дефектоскопы. С ростом уровня автоматизации и роботизации экспериментальных систем повышается практическая значимость ТК. Это позволяет обеспечивать воспроизводимость результатов, увеличивать скорость проведения испытаний и организовывать непрерывный контроль крупногабаритных и сложных по форме объектов.

На методическом уровне продолжают применяться проверенные подходы, а также внедряются новые способы тепловой стимуляции объектов и методики возбуждения тепловых сигналов. Активно развиваются идеи комплексирования ТК с другими методами неразрушающего контроля НК. Вместе с тем, ТК остаётся перспективным направлением для реализации современных алгоритмов обработки температурных данных. Особое внимание уделяется разработке методов повышения отношения сигнал/шум, а также созданию новых технологий тепловой дефектометрии и термографической томографии.

Данная диссертация направлена на дальнейшее развитие ряда аспектов ТК, включая определение ТФХ композитов, усовершенствование принципов тепловой томографии, комбинирование ТК с другими видами НК, а также разработку демонстрационных образцов экспериментальной аппаратуры.

1.2 Специализированные тепловые дефектоскопы и их программное

обеспечение

Название «тепловой дефектоскоп» (ТД) возникло ещё в 1970-80 гг. и применялось к приборам, предназначенным для выявления внутренних дефектов материалов на основе активного теплового контроля (ТК). В числе первых устройств такого типа можно назвать [17, 18]: околоповерхностные термоэлектрические дефектоскопы Ю.В. Гавинского и др., использовавшиеся для проверки теплозащитных систем ракет; линейно-сканирующие ИК устройства, разработанные Д.А. Рапопортом, С.С. Денисовым, В.А. Стороженко и другими исследователями; установки для контроля горячего проката, созданные О.Н. Будадиным и Е.В. Абрамовой; а также фоторегистрирующий ИК-дефектоскоп ФИД-1, разработанный в Томском политехническом университете и предназначенный для анализа паяных соединений.

Перечисленные выше устройства считались передовыми для своего времени, но они базировались на относительно простых методах обработки температурных данных и использовались преимущественно в задачах дефектоскопии. Алгоритмы оценки параметров дефектов требовали сложных вычислений, выполнявшихся на электронно-вычислительных машинах - так, согласно действовавшему в то время стандарту, в то время называли компьютеры.

За последнее десятилетие наблюдается становление нового поколения ТД, обусловленное внедрением миниатюрных и доступных по стоимости тепловизионных модулей с высоким пространственным разрешением, основанных на неохлаждаемых микроболометрических матрицах. Существенный вклад в этот процесс также внесло повышение вычислительной мощности современных

компьютерных систем. Благодаря этому на рынке появились интегрированные комплексы тепловой диагностики, включающие в себя переносной тепловизор, источник теплового возбуждения и вычислительное устройство для обработки данных. Одной из первых в области коммерчески успешных решений стала компания Thermal Wave Imaging (США), разработавшая системы, сочетавшие передовую аппаратную платформу с оригинальной методикой обработки данных, которая получила название термографической реконструкции сигнала (TSR, Thermographic Signal Reconstruction). Суть методики заключается в аппроксимации температурных временных зависимостей, зафиксированных в процессе импульсного нагрева объекта, с использованием полиномиальных моделей, за которыми следует анализ производных первого и второго порядка по времени.

В настоящее время на международном рынке представлены решения от немецких компаний Automation Technology, InfraTec, DCG Systems (прежнее название - Thermosensorik), а также израильской фирмы Opgal.

На рисунке 1.1 представлены образцы портативных и лабораторных тепловых дефектоскопов.

а) VoyageIR PRO (Thermal Wave б) EchoTherm. (Thermal Wave

Imaging, США) Imaging, CША)

e) TWI T3S Thermographic Turbine Test Station (Thermal Wave Imaging, CfflA)

д) WELD-CHECK (InfraTec, Германия)

г) OTvis (EDEVIS, Германия)

е) лабораторная установка (MoviTHERM, США)

ж) NDTherm (Opgal, Израиль)

з) ThermoDish-1 (ТПУ, Россия)

и) C-CheckIR (MoviTHERM, США) к) ThermoSpector (DCG Systems,

Германия)

Рисунок 1.1 - Тепловые дефектоскопы

Стандартное программное обеспечение, применяемое в составе ТД, включает ряд функциональных компонентов. В первую очередь - драйверные модули, обеспечивающие совместимость с различными форматами инфракрасных термограмм, формируемых тепловизорами ведущих производителей, таких как FLIR Systems и Optris, Dali. Эти модули также обеспечивают управление источниками теплового возбуждения и запись термографических последовательностей произвольной продолжительности с максимально возможной частотой, определяемой характеристиками используемой камеры.

Помимо вышеуказанного, программные комплексы ТК включают средства численного моделирования тепловых процессов, модули обработки инфракрасных изображений и инструменты тепловой дефектометрии с возможностью передачи расчетных результатов на последующие этапы анализа. Архитектура ПО строится с учётом многоуровневой подготовки специалистов, что реализуется через иерархическую структуру программных блоков, адаптированных для пользователей различной квалификации.

Важной составляющей являются алгоритмы обработки последовательностей динамических ИК-термограмм. В большинстве коммерческих решений их набор ограничен методами термографической

реконструкции сигнала (TSR) и импульсной фазовой термографии (PPT). Вместе с тем, в более функциональных системах применяются алгоритмы дефектометрического анализа, позволяющие определять глубину локализации дефектов, их тепловое сопротивление, а также характерные поперечные размеры на базе одномерных и трёхмерных моделей теплопереноса.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА КОНЦЕПЦИИ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ТЕПЛОВОЙ

ИНЕРЦИИ И ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ В АКТИВНОМ

ТЕПЛОВОМ КОНТРОЛЕ

В импульсном ТК подповерхностные дефекты материалов обнаруживают путем анализа динамических температурных распределений на поверхности испытуемых образцов, стимулируемых импульсом тепловой энергии. Используют несколько типов теплового нагружения, но обычно это выполняют с помощью импульсных ксеноновых и галогенных ламп [42]. При одностороннем контроле температурные сигналы на передней (F-front) поверхности, появляющиеся над дефектами, существенно затухают по амплитуде и претерпевают задержку во времени с увеличением глубины дефекта l, в то время как на задней (R-rear) поверхности температурные сигналы, и их эволюция во времени слабо зависят от l, см. схему испытания на рисунке 2.1. В последнее десятилетие ТК стал мощным инструментом для оценки качества композиционных материалов, см. обзор [43] и ряд тематических статей [44-46].

Классические аналитические решения теплопроводности в твердых телах обычно являются одномерными (1D) и включают теплофизические характеристики материала, а именно, тепловую инерцию е и температуропроводность а. Концепция импульсного ТК, принятая в данном исследовании, предполагает, что структурную неоднородность материала (дефект) феноменологически можно рассматривать как локальные изменения вышеупомянутых параметров e (односторонняя процедура ТК) и а (двухсторонняя процедура ТК). В частности, ранее эта концепция была применена для анализа серьезности ударных повреждений в углепластиковых композитах (ПКМ) [47, 48]. Исследования проводили на больших партиях образцов из ПКМ, содержавших ударные повреждения в широком диапазоне энергии ударов; более того, образцы подвергали температурным циклическим испытаниям и увлажнению.

В настоящем исследовании проанализированы теоретические аспекты связи между дефектами и вариациями ТФХ с использованием 3D-моделирования, а

также выполнены экспериментальные исследования по одно- и двустороннему ТК ударных повреждений в углепластике.

Рисунок 2.1. - Одно- и двухсторонние процедуры ТК: концепция эквивалентности между дефектами и кажущимися изменениями ТФХ

2.1 Базовая теория

Нагрев адиабатической однородной пластины импульсом Дирака описывается двумя известными выражениями (1) и (2):

^ = ТТ [1 + 2 Еп=1 е-п2п2р0] на передней поверхности; (1)

Здесь: Ж - поглощенная энергия, Я - теплопроводность, а -температуропроводность, Ь - толщина пластины, Fo = ат/Ь2 - число Фурье. Графики вышеуказанных функций схематически показаны на рисунке 2.1.

Такие ТФХ материалов, как С - теплоемкость, р - плотность и теплопроводность Я = Сра не могут быть определены без измерения поглощенной

энергии; следует обратить внимание, что размерности этих величин содержат энергию в джоулях. Напротив, температуропроводность а, размерность которой м2/с, можно оценить, анализируя характерные точки (точки перегиба) в функциях температуры на задней поверхности Т\т). Такие точки перегиба естественным образом появляются в кривых Т\т), в то время как обработка кривых передней поверхности Тр(т) требует использования некоторых математических приемов, например, используя нелинейную аппроксимацию [49, 50]. Надежность соответствующих оценок на задней поверхности, как правило, выше, чем на передней.

Физически это объясняется тем, что в двухсторонней процедуре тепловая энергия проходит через образец, подвергаясь влиянию объемных свойств материала, в отличие от односторонней процедуры, где влияние свойств материала на температуру поверхности существенно затухает с увеличением глубины.

Стоит отметить, что уравнение (1) содержат бесконечное число экспоненциальных членов, которые часто интерпретируют как импульсные тепловые волны, перемещающиеся между передней и задней поверхностями пластины. Решения для передней поверхности становятся значительно проще, если пластину можно заменить полубесконечным телом, для которого нагрев импульсом Дирака описывается уравнением:

также связано с измерением поглощенной энергии, но в ТК часто анализируют временное поведение функции е/Ш = 1/(ГVйт). Заметим, что любая пластина ведет себя как соответствующее полубесконечное тело при малых временах наблюдения, что следует из уравнения (1) при малых значениях Fo. Важно также отметить, что экспериментально определенные значения е являются кажущимися и изменяются во времени.

(2)

где е = ^СрЛ - тепловая инерция. Очевидно, что определение абсолютных

значений

е =

(3)

В двусторонней процедуре температуропроводность обычно определяют с использованием формулы Паркера (4) [51]:

0,1391?

а =-, (4)

Т1/2 4 7

где т1/2- так называемое время половинного сигнала, определяемое на кривой Т\т), см. соответствующий график температуры на рисунке 2.1.

2.2 Изменение тепловой инерции и температуропроводности в зависимости от параметров дефектов: анализ чувствительности метода

В данном разделе проанализировано, как наличие подповерхностных дефектов изменяет кажущиеся локальные тепловые свойства испытуемого материала: тепловую инерцию в односторонней процедуре и температуропроводность в двухсторонней процедуре ТК. Основная концепция заключается в моделировании ряда ситуаций, где воздушные дефекты с различной толщиной й, расположенные на различных глубинах I, модифицируют величины локальной кажущейся тепловой инерции, рассчитанные по уравнению (3), и температуропроводности, рассчитанные по уравнению (4), в сравнении с соответствующими «бездефектными» значениями.

Были проанализированы два образца из углепластика толщиной 1 и 6 мм в одно- и двусторонних процедурах ТК. Время нагрева составляло 1 секунду, мощность нагрева - 10 кВт/м2. Были рассчитаны четыре синтетические последовательности термограмм для определения изменений кажущейся локальной тепловой инерции и температуропроводности в точках, расположенных над центрами воздушных дефектов. Глубину и толщину дефектов варьировали для изучения влияния этих параметров на изменения ТФХ. Поскольку поперечные размеры дефектов более 10 мм слабо влияют на температурные сигналы поверхности [42], в данной модели анализировали только дефекты 10x10 мм согласно схеме на рисунке 2.2 а. Примеры карт кажущейся тепловой инерции и температуропроводности представлены на рисунках 2.2 б, в.

Следует отметить принципиальное различие между картами тепловой инерции и температуропроводности. Температуропроводность является уникальным интегральным параметром, характеризующим образец в конкретной процедуре нагрева. Величину температуропроводности рассчитывают путем обработки всей синтетической последовательности термограмм. Тепловую инерцию можно рассматривать как уникальный параметр только в случае адиабатического нагрева импульсом Дирака полубесконечного адиабатического тела. В рассматриваемом случае рассмотрен нагрев неадиабатической пластины импульсом прямоугольной формы, поэтому тепловую инерцию рассчитывают для каждого отдельного изображения в синтетической последовательности. Ниже изменение тепловой инерции для каждого дефекта было рассчитано для момента времени, когда дифференциальный температурный сигнал для конкретного дефекта достигал максимальной величины.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кладов Дмитрий, 2026 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Fourier J. Théory du mouvement de la chaleur dans les corps solides, 1er partie. // Mémoires de l'Académie des Sciences, 1824.Vol. 4. P. 185-555. 1826. Vol. 5. P.153-246.

2. Ângstrom M.A.J. New method of determining the thermal conductivity of bodies. Phil. Mag., 1863, No. 25, pp.130-142.

3. Hudson R.D. Infrared system engineering. Wiley-Interscience. 1969, 530 p.

4. Lloyde J.M. Thermal imaging systems. Plenum Press. New York. USA. 1979.

456 P.

5. Gaussorgues G. La thermographie infrarouge. Technique et documentation. Paris. France. 1981. 386 P. (см. перевод на англ. язык).

6. The Infrared and Electro-Optical Systems Handbook, Joseph S. Accetta, David L. Shumaker Exec. Editors, Volumes 1-8, SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Washington, 1993.

7. Vollmer M., Möllmann K.-P. Infrared thermal imaging: Fundamentals, research and applications, Wiley-VCH, Germany, 2010.

8. Minkina W., Dudzik S. Infrared Thermography: Errors and uncertainties, Wiley, 2009.

9. Nondestructive Testing Handbook, A.S.N.T., U.S.A., 2001. V.3 "Infrared and Thermal Testing". 714 P.

10. Infrared methodology and technology. Nondestructive testing monographs and tracts, Gordon and Breach Science Publishers, U.S.A., 1994. V. 7. 526 p.

11. Maldague X. Nondestructive evaluation of materials by infrared thermography. Springer-Verlag, London, 1993. 440 p.

12. Almond D., Patel P. Photothermal science and techniques, London: Chapman and Hall, 1996. 230 p.

13. Maldague X. Theory and practice of infrared technology for nondestructive testing, Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, John Wiley & Sons, New York, U.S.A., 2001. 682 p.

14. Daniels A. Field guide to infrared systems//SPIE Press, Washington, USA. 2006. 120 P.

15. Kaplan H. Practical applications of infrared thermal sensing and imaging equipment.-Tutorial Texts in Optical Engineering, SPIE Press V. TT34, 1999, USA.-164 p.

16. R.W. Ruddock. Basic infrared thermography principles. USA, 2010.

17. Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. М.: ИД «Спектр», 2015, 545 с.

18. Будадин О.Н., Вавилов В.П., Абрамова Е.В. Тепловой контроль М.: ИД Спектр, 2011.

19. Будадин О.Н., Потапов А.И., Колганов В.И., Троицкий-Марков Т.Е., Абрамова Е.В. Тепловой неразрушающий контроль изделий. - М.: Наука, 2002, 476 с.

20. Vavilov, D. Burleigh. Infrared thermography and thermal nondestructive testing.-Springer Nature, 2019. 595 p.

21. Чернышева Т.И., Чернышев В.Н. Методы и средства неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов. М.: Машиностроение, 2001, 194 с.

22. Cramer E., Winfree W., Hodges K.L., Koshti A. Status of thermal NDT of space shuttle materials at NASA. Proc. SPIE, April 2006, vol. 6205, 9 p. DOI: 10.1117/12.669684.

23. Siegel J., Beemer M.F., Shepard S. Automated non-destructive inspection of fused filament fabrication components using Thermographic Signal Reconstruction. Additive Manufacturing, Nov. 2019, vol. 31, p.100923. D0I:10.1016/j.addma.2019.100923.

24. Вавилов В.П., Ширяев В.В., Нестерук Д.А., Чулков А.О., Шильников Г.В., Щепелин В.Я., Перепелица А.А. Устройство для теплового неразрушающего контроля крупногабаритных цилиндрических изделий. Патент РФ №2697437. Опубл. 14.08.2019, Бюл. №23, 2019.

25. Maldague X.P., Zolotoyabko E. Theory and practice of infrared vision (2nd ed.). Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, John Wiley & Son Publ., 2016, 780 p.

26. Obeidat O., Qiuye Yu, Favro L., Xioyan Han. The Effect of heating duration on the quantitative estimation of defect depth using sonic infrared imaging, March 2021, J. Nondestruct. Eval. Diagnost. and Prognostics of Eng. Systems, vol. 4(4), p. 1-7.

27. Zalameda J.N., W. Winfree. Passive thermography measurement of damage depth during composites load testing. Frontiers in Mech. Eng., Apr. 2021, vol. 7, p. 651149. DOI:10.3389/fmech.2021.651149.

28. Sun J.G. Quantitative thermal tomography imaging of complex material structures. AIP Conference Proceedings, 2012, vol. 1430, p. 507. DOI: 10.1063/1.4716269.

29. Tuschl C., Oswald-Tranta B., Eck S. Scanning inductive thermographic surface defect inspection of long flat or curved work-pieces using rectification targets. Appl. Sciences, 2022, vol. 12 (12), p. 5851.

30. Ryu M., Batsale J.-C., Morikawa J. modelling of dual lock-in method for the simultaneous measurements of thermal diffusivity and thermal effusivity. Intern. J. Heat and Mass Transfer, Dec. 2020, vol. 162, p. 120337. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120337.

31. Swiderski W. IR Thermography nondestructive testing methods of composite materials used in aerospace applications. Proc. Quantitative InfraRed Thermography Asia Conf., Jan. 2015, 7 p. DOI:10.21611/qirt.2015.0016.

32. Steenackers G., Peeters J., Janssens K. Sublayer composition evaluation of Artwork using active thermography. In: Proc.14 Intern. Conf. on Quant. Infr. Thermogr., Berlin, Germany, June 2018.

33. Cernuschi F., Bison P. Thirty years of thermal barrier coatings (TBC). Photothermal and thermographic techniques: best practices and lessons learned. J. Thermal Spray Techn., March 2022, vol. 31(3), 30 p. DOI:10.1007/s11666-022-01344-w.

34. Svantner M., Muzika L., Moskovchenko A., Pereira C.M.C. Repeatability study of flash-pulse thermographic inspection of carbon-fiber composite samples. Infrared Physics & Technology, Sept. 2022, vol. 126, p. 104350. D0I:10.1016/j.infrared.2022.104350.

35. Jue Hu, Hai Zhang, Sfarra S., Gargiulo G., Avdelidis N.P., Mingli Zhang, Yang D., Maldague X. Non-destructive imaging of marqueteries based on a new infrared-terahertz fusion technique, Infrared Physics & Technology, June 2022, vol. 125(9), p. 104277. DOI: 10.1016/j.infrared.2022.104277.

36. Vavilov V.P., Burleigh D.D. Review of pulsed thermal NDT: Physical principles, theory and data processing. NDT & E International, 73 (2015), p. 28-52.

37. Будадин О.Н., Кульков А.А. Козельская С.О. Способ теплового контроля композитных материалов. Патент РФ № RU 2616438 C1, рег. 23.05.2016, публ. 14.04.2017.

38. РД-13-04-2006 Методические рекомендации о порядке проведения теплового контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах. Серия 28. Выпуск 11/ Колл. авт. - Под общ. ред. Пуликовского К.Б. - М.: Открытое акционерное общество «Научно-технический центр по безопасности в промышленности», 2007, 32 с.

39. Чернышев В.Н., Однолько В.Г., Чернышов А.В.. Методы и системы неразрушающего контроля теплозащитных свойств строительных материалов и изделий. М.: ИД «Спектр», 2012, 201 с.

40. Пономарев Д. Б., Захаренко В.А., Абрамова Е.В. Анализ погрешностей при пирометрических измерениях в производственных условиях. Омский научный вестник. - 2019, № 5, с. 94-99 DOI: 10.25206/1813-8225-2019-167-94-99.

41. Котовщиков И.О. Разработка методики активного теплового контроля вертолётных лопастей из композиционных материалов. Дисс. на соискание уч. степени канд. техн. наук, ИТМО, С.-Петербург, 2022, 287 с.

42. Vavilov V., Burleigh D. Infrared thermography and thermal nondestructive testing, Springer Nature Switzerland, 2020, 598 p. DOI: 10.1007/978-3-030-48002-8. 1+41

43. Bing Wang, Shuncong Zhong, Tung-Lik Lee, K.S. Fancey, Jiawei Mi. Nondestructive testing and evaluation of composite materials/structures: A state-of-the-art review. Adv. in Mech. Eng., 2020, vol. 12 (4), p. 1-28.

44. Chulkov A.O., Sommier A., Pradere C., Vavilov V.P., Siddiqui A.O., Prasad Y.L.V.D. Analyzing efficiency of optical and THz infrared thermography in nondestructive testing of GFRPs by using the Tanimoto criterion. NDT & E Intern., 2021, vol. 117, 102383. DOI: 10.1016/j.ndteint.2020.102383.

45. Mulaveesala R., Rani A., Kher V., Mishra P., Kaur J. Infrared nondestructive testing and evaluation for inspection of carbon fiber reinforced polymer materials. Proc. Thermosense: Thermal Infrared Applications XLIII conf., 2021, vol. 11743, 117430Q, 10 p. DOI: 10.1117/12.2593390.

46. Dua G., Arora V., Mulaveesala R. An aperiodic digitized frequency modulated thermal wave imaging for testing and evaluation of carbon fiber reinforced polymer materials. JNDE, March 2018, vol. 16 (12), p. 30-32.

47. Vavilov V., Chulkov A., Smotrov A., Smotrova S., Moskovchenko A. Characterizing impact damage in GFRP/CFRP composites by determining thermal effusivity/diffusivity. Measurement Science and Technology, 2019, vol. 30, 034003, 11 p. DOI: 10.1088/1361-6501/ab018e.

48. Vavilov V.P., Chulkov A.O., Smotrova S.A., Smotrov A.V., Scherbakov V.N., Storozhenko V.A. Infrared thermographic analysis of thermal property variations in composites subjected to impact damage, thermal cycling and moisture saturation. Composite Structures, 2022, vol. 296, 115927, 12 p. DOI: 10.1016/j.compstruct.2022.115927

49. Zalameda J.N., Winfree W.P. Improved sampling of thermal transients using Focal Plane Array infrared imagers. Proc. Thermosense: Thermal Infrared Applications XXVI conf., 2004, vol. 5405, p. 374-381.

50. Winfree W.P., Zalameda J.N. Single sided thermal diffusivity imaging in composites with a shuttered thermographic inspection system. Proc. Thermosense: Thermal Infrared Applications XXIV conf., 2002, vol. 4710, p. 536-544.

51. Parker W.J., Jenkins R.J., Butler C.P., Abbot G.L. Flash method of determining thermal diffusivity, heat capacity and thermal conductivity. J. of Appl. Phys., 1961, vol. 32, p.1679-1684.

52. Vavilov V.P., Shirayev V.V., Kuimova M.V. Time- and phase-domain thermal tomography of composites. Photonics, 2018, 5 (4), p. 31-42. DOI: 10.3390/photonics5040031.

53. Maldague X. Theory and practice of infrared technology for nondestructive testing, Wiley Series in Microwave and Optical Engineering, John Wiley & Sons, New York, U.S.A., 2001, 682 p. 1+52

54. Non-destructive Testing Handbook: Infrared and Thermal Testing (3rd ed.), 2001, ASNT, USA, 718 p.

55. Kaplan H. Practical Applications of Infrared Thermal Sensing and Imaging Equipment.-Tutorial Texts in Optical Engineering, SPIE Press V. TT34, 1999, USA, 164 p.

56. LaPlante G., Marble A.E., MacMillan B., Lee-Sullivan P., Colpitts B.G., Balcom B.J. (2005). Detection of water ingress in composite sandwich structures: a magnetic resonance approach. NDT & E International, 2005, Vol. 38, Issue 6, pp.501 -507. DOI: 10.1016/j.ndteint.2005.01.006.

57. Pfeiffer H. Heer P., Ioannis Pitropakis Pyka G., Greet Kerckhofs Patitsa M., Wevers M. Liquid detection in confined aircraft structures based on lyotropic percolation thresholds. Sensors and actuators. B, Chemical, 2012, Vol. 161, Issue 1, pp.791 -798. DOI: 10.1016/j.snb.2011.11.034.

58. Wang P., Pei Y., Zhou L. Near-field microwave identification and quantitative evaluation of liquid ingress in honeycomb sandwich structures. NDT & E international, 2016, Vol. 83, pp.32-37. DOI: 10.1016/j.ndteint.2016.06.002.

59. Ibarra-Castanedo C., Genest M., Servais P., Maldague X.P.V., Bendada, A. Qualitative and quantitative assessment of aerospace structures by pulsed thermography.

Nondestructive Testing and Evaluation, 2007, Vol. 22(2-3), pp.199-215. DOI: 10.1080/10589750701448548.

60. Katunin A., Dragan, K., Dziendzikowski M. Damage identification in aircraft composite structures: A case study using various non-destructive testing techniques. Composite Structures, 2015, Vol. 127, pp.1-9. DOI:10.1016/j.compstruct.2015.02.080.

61. Vavilov V., Marinetti S., Pan Y., Chulkov A. Detecting water ingress in aviation honeycomb panels: Qualitative and quantitative aspects. Polymer Testing, 2016, Vol. 54, pp. 270-280. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2016.07.023.

62. Chulkov A.O., Shagdirov B.I., Vavilov V.P., Kladov D.Yu., Stasevskii V.I. Detecting and evaluating water ingress in horizontally-oriented aviation honeycomb panels by using automated thermal nondestructive testing. Rus. J. NDT, 2023, Vol. 59, No. 12, pp. 1272-1279. DOI: 10.1134/S1061830923600946.

63. Ibarra-Castanedo C., Brault L., Genest M., Farley V., Maldague X.P.V. Detection and characterization of water ingress in honeycomb structures by passive and active infrared thermography using a high resolution camera, Proc. 11th Int. Conf. Quant. InfraRed Thermogr, Naples, 2012. DOI: 10.21611/qirt.2012.278.

64. Нестерук Д.А. Тепловой неразрушающий контроль воды в авиационных сотовых панелях эксплуатируемых самолетов. Канд. диссертация, Томск, Томский политехнический университет, 2005.

65. Пань Янян. Количественная оценка влагосодержания в композиционных сотовых панелях эксплуатируемых самолетов с помощью инфракрасной термографии. Канд. диссертация, Томск, Томский политехнический университет, 2018.

66. Airbus develops infra-red water detector. Flight Global, 1995. https://www.flightglobal.com/airbus-develops-infra-red-water-detector/16622.article.

67. "Airbus Adopts Infrared Thermography for In-service Inspection", Insight, Vol. 36, No. 10, October 1994.

68. Vavilov, V., and Klimov, A. "Advanced Modeling of Thermal NDT Problems From Buried Landmines to Defects in Composites", Proc. of SPIE "Thermosense XXIV", Vol. 4710, 2002, pp. 507-521.

69. Shrestha, R., Choi, M., and Kim, W., Thermographic inspection of water ingress in composite honeycomb sandwich structure: a quantitative comparison among Lock-in thermography algorithms, Quant. InfraRed Thermography J., 2019, vol. 18, no. 2, pp. 1-16.

70. Нестерук Д. А. Тепловизионный контроль воды в авиационных сотовых панелях в процессе эксплуатации самолетов: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Д. А. Нестерук ; Томский политехнический университет; Научно-исследовательский институт интроскопии; науч. рук.: В. П. Вавилов. — Томск, 2005. — 20 с. : ил.

71. F. Cernuschi, P. Bison, A. Figari, S. Marinetti, E. Grinzato. Thermal diffusivity measurements by photothermal and thermographic techniques. Int J Thermophys, 25 (2) (2004), DOI: 10.1023/B:IJOT.0000028480.27206.cb

72. J.-M. Roche, D.L. Balageas: Common tools for quantitative time-resolved pulsed and step-heating thermography- part 1: theoretical basis Quant Infrared Thermograph J, 11 (2014), pp. 43-56

73. S. Marinetti, V. Crosley.: Sensitivity analysis of classical heat conduction solutions applied to materials characterization, Int J Heat Trans Eng, 26 (9) (2005), pp. 50-60

74. L. Gaverina, A. Sommier, J.L. Battaglia, J.C. Batsale, C. Pradere: Pulsed Flying Spot Elliptic method for the estimation of the thermal diffusivity field of orthotropic materials. International Journal of Thermal Sciences, 2018, vol. 125, p. 142148. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2017.11.017

75. А. Salazar, M. Colom, A. Medioroz. Laser-spot step-heating thermography to measure the thermal diffusivity of solids. International Journal of Thermal Sciences, December 2021, vol. 170, 107124. doi: 10.1016/j.ijthermalsci.2021.107124

76. T. Ishizaki, H. Nagano. Measurement of 3D thermal diffusivity distribution with lock-in thermography and application for high thermal conductivity CFRPs, Infrared Phys. Technol., 99 (2019), p. 248-256. doi: 10.1016/j.infrared.2019.04.023

77. M. Ryu, J.-C. Batsale, J. Morikawa: Quadrupole modelling of dual lock-in method for the simultaneous measurements of thermal diffusivity and thermal effusivity. Int J Heat Mass Tran, 162 (2020), Article 120337, DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120337

78. Pickering S.; Almond D.-P. Matched excitation energy comparison of the pulseand lock-in thermography // NDT & E Int. - 2008. - V. 41. - P. 501-509.

79. G. Dell'Avvocato, D. Palumbo, M.E. Palmieri, U. Galietti: U. Nondestructive thermographic method for the assessment of heat treatment in boron steel. Thermosense: Thermal Infrar Appl, XLIV (2022 May), pp. 33-44, DOI: 10.1117/12.2618810

80. M. Marini, M. Bouzin, L. Sironi, L. D'Alfonso, R. Colombo, D. Di Martino, G. Chirico: A novel method for spatially-resolved thermal conductivity measurement by super-resolution photo-activated infrared imaging. Mater Today Phys, 18 (2021) (2021), Article 100375, 10.1016/j.mtphys.2021.100375

81. H.S. Carslow, T.S. Jaeger: Conduction of heat in solids. Oxford Univ. Press, Oxford, U.K. (1959), p. 580

82. D.P. Almond, S.G. Pickering: An analytical study of the pulsed thermography defect detection limit. J Appl Phys, 111 (2012), Article 093510, 10.1063/1.4704684

83. D.P. Almond, P.M. Patel: Photothermal science and techniques, vol. 10, Springer Science & Business Media, Berlin, Germany (1996)

84. O. Yu. Troitsky, H. Reiss: Remote nondestructive monitoring of coatings and materials by the flash technique. High Temp - High Press, 32 (2000), pp. 391-395

85. L.C. Aamodt, J.W. Maclachlan Spicer, J.C. Murphy: Analysis of characteristic thermal transit times for time-resolved infrared radiometry studies of multilayered coatings. J Appl Phys, 68 (12) (1990), pp. 6087-6098

86. V. Vavilov, D. Burleigh: Infrared thermography and thermal testing. Springer Nature, Switzerland (2019), p. 598

87. Vavilov V.P. Dynamic thermal tomography: Recent improvements and applications. NDT & E International, vol. 71, April 2015, p. 23-32

88. Vavilov V.P. Noise-limited thermal/infrared nondestructive testing. - NDT & E International, Vol. 61, Jan. 2014, pp. 16-23.].

89. J.N. Zalameda, W.P. Winfree: Improved sampling of thermal transients using Focal Plane Array infrared imagers. Proc SPIE "Thermosense-XXVI", 5405 (2004), pp. 374-381

90. V.P. Vavilov, S.S. Pawar: A novel approach for one-sided thermal nondestructive testing of composites by using infrared thermography. Polym Test, 44 (2015), pp. 224-233, 10.1016/j.polymertesting.2015.04.013

91. C. Meola, G.M. Carlomagno: Infrared thermography to evaluate impact damage in glass/epoxy with manufacturing defects. Int J Impact Eng, ¡May, 67 (2014), pp. 1-11, 10.1016/j.ijimpeng.2013.12.010

92. H. Zhang, S. Sfarra, A. Osman, K. Szielasko, C. Stumm, F. Sarazini, X. Maldague: Infrared and Terahertz time-domain imaging for evaluation of impacted thick homogeneous particleboards of sugarcane bagasse. Proc. 14th Quantitative InfraRed Thermography Conference (2018), pp. 786-791, 10.21611/qirt.2018.097

93. J. Ahmad, A. Akula, R. Ghosh, S. Kumar, H.K. Sardana, R. Mulaveesala: Frequency and time domain data analysis approaches for detection and evaluation of subsurface defects using active thermography. Proc Conf "NDE-India, vol. 1 (Dec. 2016), pp. 122-131

94. Zhang Z., Richardson M., Nondestructive Testing of Composite Materials // Handbook of Multiphase Polymer Systems. 2011. Vol. 1. P. 777-796. 1+93

95. Chulkov A.O., Vavilov V.P., Kladov D.Yu., Yurkin V.A. Thermal nondestructive testing of composite and metal parts manufactured by additive technologies // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2022, V. 58 (11), P. 1035104.

96. M. Georges, C. Srajbr, P. Menner, J. Koch, A. Dillenz, Thermography and Shearography Inspection of Composite Hybrid Sandwich Structure Made of CFRP and GFRP Core and Titanium Skins, Multidisciplinary Digital Publ. Instit. Proc. 2 (8) (2018) 484, https://doi.org/10.3390/ICEM18-05384.

97. Shrestha R., Choi M., Kim W., Thermographic inspection of water ingress in composite honeycomb sandwich structure: a quantitative comparison among Lock-in thermography algorithms // Quantitative InfraRed Thermography Journal 2019. 18(2): 1 -16.

98. Chulkov A.O., Tuschl C., Nesteruk D.A., Oswald-Tranta B., Vavilov V.P., Kuimova M.V. The Detection and Characterization of Defects in Metal / Non-metal Sandwich Structures by Thermal NDT, and a Comparison of Areal Heating and Scanned Linear Heating by Optical and Inductive Methods Journal of Nondestructive Evaluation. 2021, V. 40 (2). P. 44. DOI: 10.1007/s10921-021-00772-y.

99. Yi, Q., Tian, G.Y., Malekmohammadi, H., Zhu, J., Laureti, S., Ricci, M.: New features for delamination depth evaluation in carbon fiber reinforced plastic materials using eddy current pulse-compression thermography. NDT&E Int. 102, 264273 (2019).

100. Zalameda J.N., Winfree W.: Passive thermography measurement of damage depth during composites load testing. Frontiers in Mech. Eng., Apr. 2021, vol. 7, p. 651149. DOI:10.3389/fmech.2021.651149.

101. Весала Г.Т., Гали В.С., Виджая Лакшми А., Найк Р.Б.: Сочетание вручную постоенных признаков и признаков глубоких сетей для автоматического обнаружения дефектов в процессе визуализации квадратичной частотно -модулированной тепловой волны. Дефектоскопия, 2021, №6, с. 46-56.

102. Дубинский С.В., Казьмин Е.А., Ковалев И.Е., Корнилов А.Б., Корнилов Г.А., Костенко В.М., Чернявский А.А.: Развитие вибротермографии как метода неразрушающего контроля изделий из полимерных конструкционных материалов с использованием принудительных механических вибраций: Дефектоскопия, 2021, №6, с. 35-45.

103. Xiaoyan Han, Jianping Liu, Islam Md.S.: Sonic infrared imaging NDE. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, May 2005, vol. 5765, p. 142-147. DOI: 10.1117/12.600118.

104. Представительство компании Testo в России, ООО ГК «ИМПЕРИЯ ИНСТРУМЕНТА»: официальный сайт. - URL: https://testoshop.ru/professionalnyj-teplovizor-s-superresolution-testo-875-1i (дата обращения: 05.05.2023). - Текст: электронный.

105. Thermal cameras for android & linux/Opgal Optronic Industries Ltd.-Текст: электронный // Opgal Optronic Industries Ltd. официальный сайт - URL: https://www.opgal.com/wp-content/uploads/2016/04/Therm-App-Brochure-2021 .pdf (дата обращения: 05.05.2023).

106. Optris PI 450i - технические характеристики/ Текст: электронный // Optris GmbH Официальный сайт - URL: https://www.optris.global/downloads-infrared-

cameras?file=tl_files/pdf/Downloads/Infrared%20Cameras/Datasheet%20optris%20PI %20450i.pdf (дата обращения: 05.05.2023).

107. Optris PI 640i - технические характеристики/ Текст: электронный // Optris GmbH Официальный сайт - URL: https://www.optris.global/thermal-imager-optris-pi-

640?file=tl_files/pdf/Downloads/Infrared%20Cameras/Datasheet%20optris%20PI%206 40i.pdf (дата обращения: 05.05.2023).

108. FLIR A325 - технические характеристики/ Текст: электронный // Официальный сайт Flir systems- URL: http://www.flirmedia. com/MMC/THG/Brochures/RND_010/RND_010_US.pdf (дата обращения: 05.05.2023).

109. FLIR SC7000 Series - технические характеристики/ Текст: электронный // Официальный сайт Flir systems- URL: http://www.flirmedia. com/MMC/THG/Brochures/RND_017/RND_017_US.pdf (дата обращения: 05.05.2023).

110. Rajic N. Principal Component thermography for flaw contrast enhancement and flaw depth characterization in composite structures. Composite Structures, Dec. 2002, vol. 58 (4), p. 521-528. DOI:10.1016/S0263-8223(02)00161-7.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Список публикаций по теме диссертации

1. Vavilov, V.P., Chulkov, A.O., Nesteruk, D.A., Kladov D.Yu. Principle, Equipment and Applications of Line-Scanning Infrared Thermographic NDT. J Nondestruct Eval 42, 89 (2023). https://doi.org/10.1007/s10921-023-01001-4

2. Kladov, D.Y., Chulkov, A.O., Vavilov, V.P. et al. Effectiveness of Using Thermal Imagers of Various Types in Active Thermal Testing of Delaminations in Nonmetals. Russ J Nondestruct Test 59, 796-803 (2023). https://doi.org/10.1134/S1061830923700468

Русскоязычная версия статьи: Кладов Д.Ю., Чулков А.О., Вавилов В.П., Стасевский В.И., Юркина В.А. Эффективность применения тепловизоров различного типа при активном тепловом контроле расслоений в неметаллах // Дефектоскопия. - 2023. - №7. - C. 25-32. doi: 10.31857/S0130308223070035

3. Chulkov, A.O., Vavilov, V.P., Kladov, D.Y. et al. A New Method of Active Thermal Testing: Combination of Heating and Forced Cooling. Russ J Nondestruct Test 59, 592-600 (2023). https://doi.org/10.1134/S1061830923700390

Русскоязычная версия статьи: Чулков А.О., Вавилов В.П., Шагдыров Б.И., Кладов Д.Ю., Стасевский В.И. Новый способ активного теплового контроля: комбинирование нагрева и принудительного охлаждения // Дефектоскопия. - 2023. - №5. - C. 54-63. doi: 10.31857/S0130308223050068

4. Chulkov, A.O., Vavilov, V.P., Kladov, D.Y. et al. Automated detection and characterization of defects in composite-metal structures by using active infrared thermography. J Nondestruct Eval 42, 20 (2023). https://doi.org/10.1007/s10921-023-00929-x

5. Chulkov, A.O., Vavilov, V.P., Kladov, D.Y. et al. Thermal Nondestructive Testing of Composite and Metal Parts Manufactured by Additive Technologies. Russ J Nondestruct Test 58, 1035-1040 (2022). https://doi.org/10.1134/S1061830922700048

Русскоязычная версия статьи: А.О. Чулков, В.П. Вавилов, Д.Ю. Кладов, В.А. Юркина, Тепловой неразрушающий контроль композиционных и

металлических деталей, изготовленных методом аддитивных технологий // Дефектоскопия - 2022. - №11 - С. 50-55. Doi: 10.31857/S0130308222110069

6. Chulkov, A.O., Vavilov, V.P., Kladov, D.Y., Burleigh D. et al. Detecting Defects in Composites Using Combined Heating/Cooling: Theory and Experiments. J Nondestruct Eval 43, 28 (2024). https://doi.org/10.1007/s10921-023-01042-9

7. Siddiqui, A. O. ., Y. Prasad, V. . Vavilov, D. Y. . Kladov. "Pulsed Thermal NDT of Material Discontinuities by Using the Concept of Equivalent Effusivity/Diffusivity Variations". Journal of Non Destructive Testing and Evaluation (JNDE), vol. 20, no. 1, Mar. 2023, pp. 29-37, https: //j nde.isnt. in/index.php/JNDE/article/view/31

8. V. Vavilov, A. Chulkov, V. Shiryaev, D. Kladov, A novel reference-free technique for processing one-sided thermal NDT results in the time domain, NDT & E International, Volume 143, 2024, 103032, ISSN 0963-8695, https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2023.103032.

9. Chulkov, A.O., Vavilov, V.P., Kladov, D.Y. et al. Detecting and Evaluating Water Ingress in Horizontally Oriented Aviation Honeycomb Panels by Using Automated Thermal Nondestructive Testing. Russ J Nondestruct Test 59, 1272-1279 (2023). https://doi.org/10.1134/S1061830923600946

Русскоязычная версия статьи: Чулков А.О., Шагдыров Б.И., Вавилов В.П., Кладов Д.Ю., Стасевский В.И. Обнаружение и оценка количества воды в горизонтально ориентированных авиационных сотовых панелях с помощью автоматизированного теплового контроля // Дефектоскопия. - 2023. - №12. - C. 2633. doi: 10.31857/S0130308223120035

10. V.P. Vavilov, D.D. Burleigh, A.O. Chulkov, D. Yu Kladov, Simulated delaminations in thermal NDT standards and the concept of thermally equivalent defects, NDT & E International, Volume 151, 2025, 103278, ISSN 0963-8695, https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2024.103278.

11. Chernykh, S.E., Vavilov, V.P., Kladov, D.Y. et al. Thermal Testing of Corundum Ceramics: Pulsed Heating and Optimized Data Processing Algorithms. Russ J Nondestruct Test 60, 989-997 (2024). https://doi.org/10.1134/S1061830924700761

Русскоязычная версия статьи: Черных С.Е., Вавилов В.П., Костин В.Н., Комоликов Ю.И., Кладов Д.Ю. Тепловой контроль корундовой керамики: классические методики при оптическом нагреве // Дефектоскопия. - 2024. - №7. -C. 42-52. doi: 10.31857/S0130308224070049

12. Magoda, C.M., Vavilov, V.P., Kladov, D.Y. et al. Evaluating Water Ingress in Glass Fiber Plastic/Nomex Honeycomb Panels under Varying Panel Orientation. Russ J Nondestruct Test 60, 813-825 (2024). https://doi.org/10.1134/S1061830924602022

Русскоязычная версия статьи: Magoda C.M., Ngonda T.N., Вавилов В.П., Кладов Д.Ю. Диагностика скрытой воды в сотовых панелях стеклопластик— Nomex при изменяющейся в пространстве ориентации панелей // Дефектоскопия. -2024. - №7. - C. 28-41. doi: 10.31857/S0130308224070038

13. Chernykh, S.E., Vavilov, V.P., Kladov, D.Y. et al. Thermal Testing of Corundum Ceramics: Conventional Techniques under Optical Heating. Russ J Nondestruct Test 60, 826-834 (2024). https://doi.org/10.1134/S1061830924700736

Русскоязычная версия статьи: Черных С.Е., Вавилов В.П., Костин В.Н., Комоликов Ю.И., Кладов Д.Ю. Тепловой контроль корундовой керамики: классические методики при оптическом нагреве // Дефектоскопия. - 2024. - №7. -C. 42-52. doi: 10.31857/S0130308224070049

Прог. ЭВМ Thermosyntesis Суханов Михаил Сергеевич (RU), Вавилов Владимир Платонович (RU), Шагдыров Батор Ильич (RU), Кладов Дмитрий (KZ) Патент Программа для ЭВМ Патент № 2023688297 2023

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Акт об использовании результатов диссертационной работы, отзывы на работу

ЭТАЛОН

НДУЧНО ТЕХНИЧЕСКИМ ЦЕНТР

_Ns

Общество с ограниченной ответственностью

«Научно-Технический Центр «Эталон» {ООО «НТЦ «Эталон»)

197343, Санкт-Петербург, ул. Матроса Железняка, дом 57, литера А тел./факс: [phone] ИНН/КПП 7804420632/781401001, ц'уууу.нщ-эталои.рф. e-mail: [e-mail]. [e-mail]

На №

от

Акт

использования результатов диссертационного исследования

Настоящий Акт подтверждает, что результаты диссертационной работы Кладова Дмитрия Юрьевича, инженера Центра промышленной томографии Национального исследовательского Томского Политехнического университета, по теме: «Разработка и исследование новых процедур активного теплового контроля композитов и сотовых структур», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 2.2.8 - «Методы и приборы контроля и диагностики материалов, изделий, веществ и природной среды», были использованы при внедрении стационарной установки теплового контроля дефектов в полимерных композиционных материалах, разработанной в ТПУ для ООО «НТЦ «Эталон» в рамках договора №16.02.03- 157/2024у.

Директор

В.Е. Прохорович

/■о/

/ |/«НТЦ «'Эталон"'

V\|\«STC «Etaloti-у " \*\ Lie.

исп, Анасбаева Д. тел, [phone]