AP19679041 - Металл және бетон конструкцияларының кернеулі күйін бақылау үшін талшықты-оптикалық деформация сенсорларын зерттеу және қолдану

Жобаның мақсаты – талшықты-оптикалық сенсордың (ТОС) сезімтал элементін пайдалана отырып, әртүрлі технологиялық процестер кезінде металл және бетон конструкцияларының жоғары жылдамдықтағы деформацияларын анықтау әдісін әзірлеу.

Жобаның өзектілігі: Өздеріңіз білетіндей, металл және бетон конструкциялары ең көп таралған материалдардың бірі болып табылады. Соңғы жылдары қарқынды жасанды және табиғи дүмпулермен және жарылғыш әсерлермен жүретін төтенше жағдайлар жағдайлары жиілеп кетті. Мұндай құбылыстар тек материалдық емес, адам шығынымен де қатар жүреді. Сондықтан, қазірдің өзінде сыни құрылымдарды жобалау кезеңінде параметрлердің үздіксіз өзгеруімен, жоғары қарқындылықпен және қысқа ұзақтығымен сипатталатын осы динамикалық әсерлерді ескеру қажет. Бұл жоғары деформация жылдамдығында қолданылатын материалдардың механикалық қасиеттерін білуді ғана емес, сонымен қатар олардың динамикалық жүктеменің нақты процесінде деформациясын бақылауды талап етеді. Сонымен қатар, металдарды жоғары жылдамдықпен деформациялау технология мен өндірісте көбірек қолданылады. Бұл қолданыстағы және жобаланған машиналар мен механизмдердің бөлшектерін тиеу жылдамдығының, сәйкесінше оны өңдеу кезінде металдың өте жоғары болуымен және металдардың деформацияға, иілгіштікке және соққыға төзімділігі туралы ақпаратпен түсіндіріледі. деформация жылдамдығының және есептеулер үшін қажетті температуралардың кең ауқымы шектеулі, қол жетімді көлем жеткіліксіз. Жоғары деформация жылдамдығымен, өңделетін металл беттеріндегі жоғары қысыммен және айтарлықтай энергиямен сипатталады, жоғары жылдамдықты деформация жоғары өнімділікті қамтамасыз етеді, берік және икемділігі төмен материалдардан айтарлықтай өлшемдегі бұйымдарды жасауға мүмкіндік береді және металды өңдеуге мүмкіндік береді. қозғалыс жағдайы.

Осыған байланысты қазіргі заманғы құрылымдық және құрылыс материалдарының жоғары жылдамдықтағы деформация және бұзылу кезіндегі мінез-құлқын зерттеу өте маңызды және өзекті мәселе болып табылады.

Зерттеу нәтижесінде микросекундтарда болатын оптикалық сенсордың оптикалық Брэгг торлары арқылы бетон және металл беттерінің жоғары жылдамдықты деформациясын анықтаудың оптикалық әдістері алынады.

Ғылыми жетекшісі: PhD докторы профессор Смайлов Нуржигит Куралбаевич

Алынған нәтижелер: Жоба аясында 2023–2025 жылдары темірбетон конструкциялардың кернеулі-деформацияланған күйін мониторингтеуге арналған Брэгг торлары негізіндегі талшықты-оптикалық (FBG) сенсорларды жобалау және әзірлеу толық жүзеге асырылды. Ұсынылған сенсорлар жоғары дәлдік, тұрақтылық және сенімділік көрсетіп, жүктеме мен Брэгг толқын ұзындығы арасындағы сызықтық тәуелділік эксперименттік түрде дәлелденді. Жоғары жылдамдықтағы деформациялар мен динамикалық әсерлерді тіркеу мүмкіндігі көрсетіліп, микрожарықшақтардың пайда болуын ерте кезеңде анықтау мүмкіндігі расталды. Әзірленген технология құрылымдық мониторинг жүйелерінде тиімді қолданылып, эксплуатациялық шығындарды 25–30 %-ға дейін азайтуға мүмкіндік береді. Ғылыми-техникалық деңгейі халықаралық стандарттарға сәйкес келеді және шетелдік аналогтармен салыстырғанда технологиялық қарапайымдылығы мен бейімделгіштігімен ерекшеленеді. Алынған нәтижелер жоғары практикалық маңызға ие және инфрақұрылым нысандарында кеңінен қолдануға ұсынылады.

Жарияланымдар тізімі

1. Smailov N., Koshkinbayev S., Tashtay Y., Kuttybayeva A., Abdykadyrkyzy R., Arseniev D., Kiesewetter D., Krivosheev S., Magazinov S., Malyugin V., Sun C. Numerical simulation and measurement of deformation wave parameters by sensors of various types // Sensors. – 2023. – Vol. 23, No. 22. – Art. 9215. DOI: https://doi.org/10.3390/s23229215
2. Kiesewetter D., Krivosheev S., Magazinov S., Malyugin V., Smailov N., Koshkinbayev S. Application of fiber Bragg gratings for measuring the crack opening rate // Proceedings of the 2023 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). – IEEE, 2023. – P. 374–376. URL: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10318546
3. Tashtai E., Smailov N., Koshkinbayev S., Sabibolda A. Investigation of the parameters of a fiber-optic strain sensor // Научные труды ВИИРЭиС. – 2023. – №3 (53). – С. 142–148.
4. Таштай Е., Смайлов Н.К., Көшкінбаев С.Ж., Сәбиболда Ә.М. Талшықты оптикалық деформация датчигінің параметрлерін оңтайландыру // Научные труды ВИИРЭиС. – 2023. – №3 (53). – С. 124–132.
5. Куттыбаева А.Е. Оптикалық байланыс жүйелері: монография. – Алматы: Satbayev University, 2023. – 156 с.
6. Smailov N., Zhadiger T., Tashtay Y., Abdykadyrov A., Amir A. Fiber laser-based two-wavelength sensors for detecting temperature and strain on concrete structures // International Journal of Innovative Research and Scientific Studies. – 2024. – Vol. 7, No. 4. – P. 1693–1710.
7. Smailov N., Koshkinbayev S., Aidana B., Kuttybayeva A., Tashtay Y., Aziskhan A., Arseniev D., Kiesewetter D., Krivosheev S., Magazinov S., Malyugin V., Sun C. Simulation and Measurement of Strain Waveform under Vibration Using Fiber Bragg Gratings // Sensors. – 2024. – Vol. 24, No. 19. – Art. 6194. DOI: https://doi.org/10.3390/s24196194
8. Kuttybayeva A., Sabibolda A., Kengesbayeva S., Baigulbayeva M., Amir A., Sekenov B. Investigation of a fiber optic laser sensor with grating resonator using mirrors // Proceedings of the 2024 Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElCon). – IEEE, 2024. – P. 709–711. URL: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10468264
9. Sekenov B., Smailov N., Tashtay Y., Amir A., Kuttybayeva A., Tolemanova A. Fiber-optic temperature sensors for monitoring the influence of the space environment on nanosatellites: a review // IFToMM Asian Conference on Mechanism and Machine Science. – Springer, 2024. – P. 371–380. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-67569-0_42
10. Смайлов Н.К., Куттыбаева А.Е., Толеманова А.О., Ысырайыл К., Секенов Б. Қала ғимараттарында талшықты-оптикалық сенсорларын зерттеу және модельдеу // Вестник КазАТК. – 2024. – Т. 133, №4. – С. 353–367. DOI: https://doi.org/10.52167/1609-1817-2024-133-4-353-367
11. Смайлов Н.К., Кошкинбаев С.Ж., Таштай Е., Жекамбаева М.Н., Әмір А.Ә. Анализ возможностей использования волоконно-оптических датчиков для диагностики состояния металлических и бетонных конструкций // Вестник Торайгыров университета. – 2024. – №3. – С. 295–309. DOI: https://doi.org/10.48081/PWAG2791
12. Смайлов Н.К., Жәдігер Т.Ә., Әмір А.Ә., Изтелеуова Г.С. Акустикалық эмиссия сигналдарының көмегімен жүктеме кезінде талшықты бетонды арматураланған композиттердің сипаттамаларын зерттеу // РЭжБӘИИ ғылыми еңбектері. – 2024. – №1 (55). – С. 54–61.
13. Смайлов Н.К., Толеманова А.О., Куттыбаева А.Е., Таштай Е. Бетон конструкцияларының күйін бақылау үшін талшықты-оптикалық датчиктерді қолдану // РЭжБӘИИ ғылыми еңбектері. – 2024. – №2 (56). – С. 106–118.
14. Смайлов Н.К., Толеманова А.О., Куттыбаева А.Е., Таштай Е. Нақты уақыт режимінде қалалық құрылымдардың жай-күйін бақылау үшін талшықты-оптикалық қысым датчиктерін талдау // РЭжБӘИИ ғылыми еңбектері. – 2024. – №2 (56). – С. 172–185.
15. Smailov N., Tuleshov A., Sabibolda A., Mailybayev Y., Kashkimbayeva N., Kuttybayeva A., Yussupova G., Batyrgaliyev A., Sekenov B., Amir A. Determining the possibility of high-precision deformation measurement in building structures using fiber-optic methods // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2025. – Vol. 5, No. 5 (137). – P. 31–39. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.342161
16. Smailov N., Tolemanova A., Aziskhan A., Sekenov B., Sabibolda A. Implementation of fiber-optic sensing systems in structural health monitoring of concrete // Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska. – 2025. – Vol. 15, No. 3. – P. 73–76. DOI: https://doi.org/10.35784/iapgos.760
17. Куттыбаева А.Е., Таштай Е., Абдыкадыркызы Р. Исследование параметров оптических систем // Вестник КазАТК. – 2025. – Т. 137, №2. – С. 221–228. DOI: https://doi.org/10.52167/1609-1817-2025-137-2-221-228
18. Сейтханова А.К., Көшкінбаев С.Ж., Смайлов Н.К., Кошкинбаева М.Ж., Дуйсенов Н.Ж. Өлшеу технологиясындағы оптикалық сенсорлар: деформация мен температураны бақылауға арналған қолданбалар // Bulletin of the L.N. Gumilyov Eurasian National University. Physics. Astronomy Series. – 2025. – No. 150(1). – P. 127–139. DOI: https://doi.org/10.32523/2616-6836-2025-150-1-127-139
19. Смайлов Н.К., Таштай Е., Куттыбаева А.Е., Сабиболда А.М., Секенов Б.Н., Амир А.А. Оптоволоконные датчики для измерения и мониторинга железобетонных конструкций: патент на полезную модель №69038. – Республика Казахстан.