probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2024-26-2-15-31probener-3019Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR CONTROLLING AND DIAGNOSING MATERIALS, ARTICLES, SUBSTANCES AND NATURAL ENVIRONMENTПрименение рентгеновской компьютерной томографии для диагностики композитных конструкций в энергетикеThe use of X-Ray computed tomography for the diagnosis of composite structures in the energy sectorКротоваЕ. В.KrotovaE. V.

Кротова Екатерина Викторовна – ведущий специалист КНИТУ-КАИ

г. Казань

Krotova Ekaterina Viktorovna

Kazan

kati_mit@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8554-2938СаченковО. А.SachenkovO. A.

Саченков Оскар Александрович – канд.физ.-мат.наук, доцент, заведующий кафедрой «Компьютерной математики и информатики» (КМиИ). Институт математики и механики им. Н.И. Лобачевского

г. Казань

Sachenkov Oscar Alexandrovich

Kazan

4works@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4640-5137МитряйкинВ. И.MitryakinV. I.

Митряйкин Виктор Иванович – д-р.техн, наук, профессор, профессор кафедры «Машиноведения и инженерной графики» (МиИГ)

г. Казань

Mitryakin Viktor Ivanovich

Kazan

vmitryaykin@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7836-4996ЗайцеваТ. А.ZaitsevaT. A.

Зайцева Татьяна Александровна – канд.техн.наук, доцент кафедры «Машиноведения и инженерной графики» (МиИГ)

г. Казань

Zaitseva Tatyana Alexandrovna

Kazan

tanechkaGA@mail.ruЗакировР. Х.ZakirovR. H.

Закиров Рустэм Хайдарович – заведующий отделением, врач-рентгенолог

г. Казань

Zakirov Rustem Haidarovich

Kazan

metsur@ya.ruКазанский Национальный Исследовательский Технический Университет им. А. Н. Туполева — КАИРоссияKazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev — KAIRussian FederationКазанский (Приволжский) федеральный университетРоссияKazan (Volga Region) Federal UniversityRussian FederationГАУЗ «Республиканская клиническая инфекционная больница имени профессора А.Ф.Агафонова»РоссияGAU "Republican Clinical Infectious Diseases Hospital named after Professor A.F.Agafonov"Russian Federation2024030620242621531Copyright © Кротова Е.В., Саченков О.А., Митряйкин В.И., Зайцева Т.А., Закиров Р.Х., 20242024Кротова Е.В., Саченков О.А., Митряйкин В.И., Зайцева Т.А., Закиров Р.Х.Krotova E.V., Sachenkov O.A., Mitryakin V.I., Zaitseva T.A., Zakirov R.H.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/3019

АКТУАЛЬНОСТЬ В современной России важным условием развития Крайнего Севера и дальневосточных регионов является обеспечение этих регионов электроэнергией. В удаленных районах с повышенным потенциалом ветра, перспективным является использование ветроэнергетических установок, основные конструктивные элементы которых изготавливаются их полимерных композиционных материалов (ПКМ). Наиболее опасным эксплуатационным дефектом ПКМ являются ударные повреждения: из-за ударов града или кусков льда оторвавшихся при обогреве лопастей, а также при ударе молнии. Такие дефекты, трудно обнаруживаемые при визуальном осмотре, могут существенно снижать прочность и ресурс конструкции. На этапах отработки технологии и сертификации конструкции требуется применение современных методов неразрушающего контроля.ЦЕЛЬ. Оценить возможности рентгеновской компьютерной томографии для диагностики элементов конструкций из ПКМ с ударным повреждением.МЕТОДЫ. После нанесения низкоскоростного удара на фрагменты лопастей ветрогенератора проводится визуальный осмотр и измерение размеров внутренних повреждений на рентгеновском компьютерном томографе Phoenix V |Tome| X.РЕЗУЛЬТАТЫ. Исследован характер повреждений, нанесенных с различной энергией удара по наиболее критическим местам фрагментов лопастей аэродинамического профиля и стрингерной панели. Определена глубина и площадь повреждения. Изучен характер и размеры внутренних повреждений с применением рентгеновского компьютерного томографа.ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Полученные результаты позволяют оценить с высокой точностью размеры и расположение ударных повреждений, которые можно использовать в прочностных расчетах.

RELEVANCE In modern Russia, an important condition for the development of the Far North and Far Eastern regions is to provide these regions with electricity. In remote areas with increased wind potential, the use of wind power plants, the main structural elements of which are made of polymer composite materials (PCM), is promising. The most dangerous operational defect of the PCM is shock damage: due to hail strikes or pieces of ice that broke off during heating of the blades, as well as lightning strikes. Such defects, which are difficult to detect during visual inspection, can significantly reduce the strength and service life of the structure. At the stages of technology development and design certification, the use of modern methods of non-destructive testing is required.PURPOSE. To evaluate the possibilities of X-ray computed tomography for the diagnosis of structural elements made of PCM with impact damage.METHODS. After applying a low-speed impact to fragments of the blades of the wind turbine, a visual inspection and measurement of the size of internal injuries are carried out on a Phoenix V |Tome|X X-ray computed tomograph.RESULTS The nature of the damage inflicted with different impact energies on the most critical areas of fragments of the airfoil blades and the stringer panel is investigated. The depth and area of damage have been determined. The nature and size of internal injuries were studied using an X-rayCOMPUTED tomograph. conclusion. The results obtained allow us to estimate with high accuracy the size and location of impact damage, which can be used in strength calculations.

лопасти ветрогенераторовкомпозиционные материалнеразрушающий контрольрентгеновская компьютерная томографияобъект контроляblades of wind turbinescomposite materialsnon-destructive testingX-ray computed tomographyobject of controlРабота, выполнена в рамках соглашения Минобрнауки №075–02–2021– 1546 от 22 июня 2021г. в целях реализации мероприятий международного сотрудничества с Российско-Вьетнамским тропическим научно-исследовательским и технологическим центром. Методика исследования разработана и выполнена при финансовой поддержке, выделяемой Казанскому федеральному университету по государственному заданию в сфере научной деятельности, проект № FZSM-2023–0009.The work was carried out within the framework of the agreement of the Ministry of Education and Science No. 075-02-2021-1546 dated June 22, 2021 in order to implement international cooperation activities with the Russian-Vietnamese Tropical Research and Technology Center. The research methodology was developed and implemented with financial support provided to Kazan Federal University under the state assignment in the field of scientific activity, project no. FZSM-2023–0009.ReferencesНациональная программа развития Дальнего Востока: Распоряжение Правительства Российской Федерации от 24 сентября 2020 года № 2464-p. URL: http://www.government.ru/docs/40487.The National Program for the Development of the Far East: Decree of the Government of the Russian Federation No. 2464-p dated September 24, 2020 URL: http://www.government.ru/docs/40487.Каблов Е.Н., Старцев В.О. Системный анализ влияния климата на механические свойства полимерных композиционных материалов по данным отечественных и зарубежных источников//Авиационные материалы и технологии.2018. №2 (51).С.47-50.Kablov E.N., Startsev V.O. System analysis of the influence of climate on the mechanical properties of polymer composite materials according to domestic and foreign sources//Aviation materials and technologies.2018. No.2 (51).pp.47-50.Евдокимов А.А., Петрова А.П., Павловский К.А., Гуляев И.Н. Влияние климатичекого старения на свойства ПКМ на основе эпоксилвинилэфирного связующего. Труды ВИАМ, №3(97) 2021, с.128-131.Evdokimov A.A., Petrova A.P., Pavlovsky K.A., Gulyaev I.N. The influence of climatic aging on the properties of PCM based on an epoxylvinyl ether binder. Proceedings of VIAM, No.3(97) 2021, pp.128-131.Г.Э.Окольникова, Д.А.Бронников, Н.И.Щедрин. Использование углеродного волокна в конструкциях ветровых электростанций. -Системные технологии. - 2018.-№27.-С.60-63.G.E.Okolnikova, D.A.Bronnikov, N.I.Shchedrin. The use of carbon fiber in wind farm structures. - System technologies. - 2018.-No.27.-pp.60-63.Victor I. Mitryaykin; Tatiana A. Zaitseva; Oleg N. Bezzametov; Mikhail E. Kuznetsov. Effect of Impact Damages on the Strength of Wind Turbine Blade. 023 5th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE) | 979-8-3503-9952-3/23/$31.00 ©2023 IEEE | DOI: 10.1109/REEPE57272.2023.10086749Victor I. Mitryaykin; Tatiana A. Zaitseva; Oleg N. Bezzametov; Mikhail E. Kuznetsov. Effect of Impact Damages on the Strength of Wind Turbine Blade. 023 5th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE) | 979-8-3503-9952-3/23/$31.00 ©2023 IEEE | DOI: 10.1109/REEPE57272.2023.10086749K.T.Tan, N.Watanabe, Y.Iwahori. Finite element model for compression after impact behavior of stitched composires/Composites. Part B: engineering Vol.79. 2015, pp 53-60.K.T.Tan, N.Watanabe, Y.Iwahori. Finite element model for compression after impact behavior of stitched composires/Composites. Part B: engineering Vol.79. 2015, pp 53-60.Mocanu C., Pohilca A., Moise L., Tudose D. Comparative Studies on the Behaviour of Flat Panels Made of GRP Under Static and Dynamic Loads. Materiale Plastice, 2021, Vol. 58, No. 4, pp. 222-237. doi: 10.37358/MP.21.4.5548Mocanu C., Pohilca A., Moise L., Tudose D. Comparative Studies on the Behaviour of Flat Panels Made of GRP Under Static and Dynamic Loads. Materiale Plastice, 2021, Vol. 58, No. 4, pp. 222-237. doi: 10.37358/MP.21.4.5548Zhang Y., Zheng J., Shen F., Han W., Munstermann S., Shou H., Liu Q. Analysis of local stress/strain fields in an HPDC AM60 plate containing pores with various characteristics. Engineering Failure Analysis. 2021, Vol. 127, pp. 105503. doi: 10.1016/j.engfailanal.2021.105503Zhang Y., Zheng J., Shen F., Han W., Munstermann S., Shou H., Liu Q. Analysis of local stress/strain fields in an HPDC AM60 plate containing pores with various characteristics. Engineering Failure Analysis. 2021, Vol. 127, pp. 105503. doi: 10.1016/j.engfailanal.2021.105503Котовщиков И.О. Современные мобильные системы неразрушающего контроля изделий из композитных материалов// Композитный мир.2018, №6 (81), с.54-56.Kotovshchikov I.O. Modern mobile systems of non-destructive testing of products made of composite materials// Composite World.2018, No.6 (81), pp.54-56.Шулайкин А.Ю, Попов М.А., Ковалев В.А., Иванов А.В., Артамонов Ю.С, Шурыгин А.Е. Современные методы диагностики объектов из композиционных материалов// Современная техника и технологии. 2016. №4.Shulaykin A.Yu., Popov M.A., Kovalev V.A., Ivanov A.V., Artamonov Yu.S., Shurygin A.E. Modern methods of diagnostics of objects made of composite materials// Modern equipment and technologies. 2016. №4.Celko L., Gutierrez-Cano V., Casas-Luna M., Matula J., Oliver-Urrutia C., Remesova M., Dvorak K., Zikmund T., Kaiser J., Montufar E.B. Characterization of porosity and hollow defects in ceramic objects built by extrusion additive manufacturing. Additive Manufacturing, 2021, No. 47, pp. 1-12. doi: 10.1016/j.addma.2021.102272Celko L., Gutierrez-Cano V., Casas-Luna M., Matula J., Oliver-Urrutia C., Remesova M., Dvorak K., Zikmund T., Kaiser J., Montufar E.B. Characterization of porosity and hollow defects in ceramic objects built by extrusion additive manufacturing. Additive Manufacturing, 2021, No. 47, pp. 1-12. doi: 10.1016/j.addma.2021.102272Вайберг Э.И. Контроль изделий из композиционных материалов методом рентгеновской вычислительной томографии- Дефектоскопия, 1984, №10, с.32-35.Vayberg E.I. Control of products made of composite materials by X-ray computed tomographyFlaw detection, 1984, No. 10, pp.32-35.Sneha Samal, Mareeta Kolinova, Hubert Rahier, Giovanni Dal Poggetto and Ignazio Blanco Investigation of the Internal Structure of Fiber Reinforced Geopolymer Composite under Mechanical Impact:A Micro Computed Tomography Study//Applied Sciences. Vol.9. Issue 3.2019.p.516.Sneha Samal, Mareeta Kolinova, Hubert Rahier, Giovanni Dal Poggetto and Ignazio Blanco Investigation of the Internal Structure of Fiber Reinforced Geopolymer Composite under Mechanical Impact:A Micro Computed Tomography Study//Applied Sciences. Vol.9. Issue 3.2019.p.516.Герасимов О. В., Рахматулин Р.Р., Балтина Т.В., Саченков О.А. Определение напряженнодеформированного состояния костей по данным компьютерной томографии // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2023. № 8 (761). С. 3–15.Gerasimov O. V., Rakhmatulin R.R., Baltina T.V., Sachenkov O.A. Determination of the stressstrain state of bones according to computed tomography data // Izvestia of Higher educational institutions. Mechanical engineering. 2023. No. 8 (761). pp. 3-15.Акифьев К.Н., Стаценко Е. О., Смирнова В. В., Харин Н.В., Большаков П.В., Саченков О.А. Методика исследования пористости образцов с жидкостью рентгеновским компьютерным томографом при одноосном сжатии // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2023. № 2. С. 11–21.Akifyev K.N., Statsenko E. O., Smirnova V. V., Kharin N.V., Bolshakov P.V., Sachenkov O.A. Methodology for studying porosity of samples with liquid with an X-ray computed tomograph under uniaxial compression // Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Mechanics. 2023. No. 2. pp. 11-21.Компьютерный томографический контроль механических характеристик композитных и биологических материалов на основе метода аналогии плотностей по шкале Хаунсфильда: диссертация ... кандидата технических наук: 05.11.13 / Зайцева Татьяна Александровна; [Место защиты: ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева - КАИ»]. - Казань, 2020. - 139 с.: ил.Computer tomographic control of the mechanical characteristics of composite and biological materials based on the Hounsfield scale density analogy method: dissertation... Candidate of Technical Sciences: 05.11.13 / Zaitseva Tatyana Alexandrovna; [Place of defense: Kazan National Research Technical University named after A. N. Tupolev - KAI]. - Kazan, 2020. - 139 p.: ill.Саченков О. А., Герасимов О. В., Королева Е. В., Мухин Д. А., Яикова В.В., Ахтямов И.Ф., Шакирова Ф.В., Коробейникова Д.А., Чжи К.К. Построение неоднородной конечно-элементной модели по данным компьютерной томографии. Российский журнал биомеханики, 2018, Т.22, №3, с.290-302, doi: 1015593/RJBiomeh/2018.3.05.Sachenkov O. A., Gerasimov O. V., Koroleva E. V., Mukhin D. A., Yaikova V.V., Akhtyamov I.F., Shakirova F.V., Korobeynikova D.A., Zhi K.K. Construction of an inhomogeneous finite element model based on computed tomography data. Russian Journal of Biomechanics, 2018, vol. 22, No.3, pp.290-302,, doi: 1015593/RJBiomeh/2018.3.05.Silva-Henao J., Synek A., Pahr D.H., Reisinger A.G. Selection of animal bone surrogate samples for orthopaedic screw testing based on human radius CT-derived bone morphology. Med. Eng. Phys., 2022, vol. 103, pp. 103786. DOI: 10.1016/j.medengphy.2022.103786Silva-Henao J., Synek A., Pahr D.H., Reisinger A.G. Selection of animal bone surrogate samples for orthopaedic screw testing based on human radius CT-derived bone morphology. Med. Eng. Phys., 2022, vol. 103, pp. 103786. DOI: 10.1016/j.medengphy.2022.103786Kieser D.C., Kanade S., Waddell N.J., Kieser J.A., Theis J.-C., Swain M.V. The deer femur — A morphological and biomechanical animal model of the human femur. Biomed. Mater. Eng., 2014, vol. 24, no. 4, pp. 1693–1703, doi: 10.3233/BME-140981Kieser D.C., Kanade S., Waddell N.J., Kieser J.A., Theis J.-C., Swain M.V. The deer femur — A morphological and biomechanical animal model of the human femur. Biomed. Mater. Eng., 2014, vol. 24, no. 4, pp. 1693–1703, doi: 10.3233/BME-140981Imai K. Computed Tomography-Based Finite Element Analysis to Assess Fracture Risk and Osteoporosis Treatment. Wjgem, 2015, vol. 5 (3), pp. 182–187, doi: 10.5493/wjem. v5.i3.182Imai K. Computed Tomography-Based Finite Element Analysis to Assess Fracture Risk and Osteoporosis Treatment. Wjgem, 2015, vol. 5 (3), pp. 182–187, doi: 10.5493/wjem. v5.i3.182Crenshaw T.D., Peo Jr.E.R., Lewis A.J., Moser B.D. Bone Strength as a Trait for Assesing Mineralization in Swine: A Critical Review of Techniques Involved. J. Ani Sci., 1981, vol. 53 (3), pp. 827–835, doi: 10.2527/JAS1981.533827X.Crenshaw T.D., Peo Jr.E.R., Lewis A.J., Moser B.D. Bone Strength as a Trait for Assesing Mineralization in Swine: A Critical Review of Techniques Involved. J. Ani Sci., 1981, vol. 53 (3), pp. 827– 835, doi: 10.2527/JAS1981.533827X.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.