Рассмотрен вопрос образования и распространения квантов волн акустической эмиссии, тесно связанных с дискретным характером развития разрушения и накопления повреждений (дефектов). Измерение и анализ волн деформаций позволяет судить о степени поврежденности материала и влиянии этого процесса на несущую способность конструкции.

Представлены результаты анализа современного состояния работ в области акустико-эмиссионной (АЭ) диагностики материалов конструкций. Показана структура технологии по обеспечению безопасности эксплуатации конструкций на основе АЭ. Рассмотрена схема прохождения информации в действующих диагностических системах с прогнозированием разрушающих нагрузок и остаточного ресурса. Изложены основы методики прогнозирования разрушающих нагрузок на основе АЭ информации, реализованные в системах типа ЕМА. Приведены примеры применения и результаты прогнозирования на некоторых конструкциях.

Композиционные материалы, в том числе и на основе нитей углерода, обеспечивающие вместе с необходимой прочностью достаточно большую экономию в весе создаваемой конструкции любой формы и позволяющие реализовать уникальные характеристики при их использовании, находят все более широкое применение при создании конструкций и требуют разработки надежного неразрушающего метода оценки их состояния, в том числе в процессе эксплуатации. Выполнена оценка возможности применения метода акустической эмиссии (АЭ) на базе аппаратуры типа ЕМА для контроля композиционного материала Udo UD CST 150/300 на основе связующего ARALDITE 564. Выполнена проверка локации координат источников АЭ на ненагруженной пластине и образцах, подвергнутых статическому нагружению. Проверена возможность выделения различных стадий нагружения по сигналам АЭ. Показано, что исследуемый композиционный материал является контролепригодным с точки зрения метода АЭ, позволяет определять координаты источников АЭ с достаточно высокой точностью при тестовом прозвучивании и излучает волны АЭ в процессе деформирования и разрушения. При наличии концентраторов можно с достаточной для практики точностью определить их местоположение в процессе нагружения образца. При проведенных АЭ испытаниях образцов на растяжение выделено две разделенные во времени группы событий, первая из которых возникает вскоре после начала нагружения, а вторая непосредственно перед разрушением и в процессе его. Отмечено резкое двукратное повышение уровня непрерывной АЭ при регистрации предразрушающего состояния и момента разрушения. Отмечена принципиальная возможность создания методики контроля композитов с применением АЭ технологии и прогнозированием их состояния после дополнительных исследований с целью четкой отработки критериев, характеризующих разрушение.

Рассмотрены особенности формирования событий акустической эмиссии в биметаллах при их деформировании. Результаты получены при растяжении образцов, сваренных из стали 25Х1МФ и манурита (36ХМ). Соединение двух материалов с различными свойствами в испытываемых образцах осуществлено сваркой в средней их части. В результате испытаний установлено, что при протяженности привариваемого материала более 0,2 мм наличие границы раздела свойств приводит только к уменьшению амплитуды распространяющихся в материалах волн и не влияет на локацию координат сигналов акустической эмиссии на выбранной базе измерений. В процессе испытаний образца из биметалла на растяжение, вплоть до разрушения, установлено, что технология испытаний, основанная на акустической эмиссии, может быть распространена на испытания разнородных материалов и позволяет отслеживать всю кинетику возникновения и развития повреждений в материале при его деформировании.

Рассмотрены процессы искажения акустических волн, вызванные наличием дефектов в пластинах. Задача решена для плоского случая, когда в пластине движется единственная цилиндрическая волна со скоростью C1. Показано, что этот вариант может быть приемлем для расстояний порядка 5 см и более от места приложения источника возбуждения волны. Разработана специальная компьютерная программа, позволяющая проводить аналитические исследования распространения цилиндрических волн в пластинах при любых значениях параметров, характеризующих форму и величины перемещений распространяющейся волны. Результаты выполненных расчетов могут быть использованы на практике для оценки некоторых критериальных параметров образования и распространения АЭ волн. В частности, показано, что сопротивление распространению акустических волн оказывает плотность и размеры области с дефектами, в результате чего появляются волны, отраженные от дефектной области. С увеличением коэффициента сопротивления форма волн, преодолевших акустический барьер, существенно меняется. Расчеты, выполненные с использованием разработанной модели, показали, что наличие дефектов структуры материалов, выражающиеся в увеличении акустического сопротивления областей, содержащих эти дефекты, приводит к появлению отраженных волн, распространяющихся симметрично в обе стороны от цилиндрической поверхности с дефектами, а сама поверхность становится источником излучения.

Індекс рубрикатора НБУВ: В251.630.36 + В372.31

Рубрики:

Поширення хвиль < Пластини >

Дефекти

Шифр НБУВ: Ж14309 Пошук видання у каталогах НБУВ 
Повний текст  Наукова періодика України 

Індекс рубрикатора НБУВ: В251.630.36

Рубрики:

Поширення хвиль < Пластини >

Шифр НБУВ: Ж14309 Пошук видання у каталогах НБУВ 
Повний текст  Наукова періодика України 

Рассмотрены изменения параметров сигналов при АЭ cканировании протяженных элементов конструкций типа стержней с дефектами, сосредоточенными в некоторой ограниченной области. Предположено, что совместное применение методов АЭ и АЭ сканирования может повысить точность прогнозирования состояния диагностируемых материалов. Получены аналитические зависимости, позволяющие рассчитать возбужденное внешним источником волновое поле в стержне с учетом влияния коэффициента сопротивления среды на параметры сигнала АЭ. При этом расчеты можно выполнять как с постоянным сопротивлением среды по всей длине образца, так и сосредоточенным в некотором сечении с координатой z0. Получены численные значения коэффициента сопротивления среды для различных объемов дефектов, накопленных в процессе разрушения образцов из стали 20. Показано, что ограниченная область материала с дефектами структуры оказывает существенное влияние на распространение АЭ волны. Локальное скопление дефектов вызывает искажение распространяющейся звуковой волны с ярко выраженными особенностями, которые можно использовать при оценке состояния элементов конструкций методом сканирования. Результаты применения аналитической модели сканирования образцов в широком спектре излучения позволили расширить диапазон оценок выявления мест с повышенным содержанием дефектов и показали удовлетворительную сходимость с данными эксперимента, что свидетельствует о возможности применения метода для совершенствования общей технологии оценки состояния конструкций.

Індекс рубрикатора НБУВ: Ж820.5 с32 + В251.620.36

Рубрики:

Технічне обслуговування. Технічне діагностування

Поширення хвиль < Стрижні >

Шифр НБУВ: Ж14309 Пошук видання у каталогах НБУВ 
Повний текст  Наукова періодика України 

Рассмотрены особенности распространения в тонком стержне упругих волн, вызванных мгновенным приложением импульсной нагрузки к одному из его торцов. Проанализировано влияние на параметры сканирующих волн распределения дефектов в некотором локальном протяженном объеме и оценены возможные преимущества учета указанного фактора. Получена математическая модель распространения аустической эмиссии волны в коротком стержне с областями, пораженными дефектами. Разработаны оптимальные способы расчета и созданы необходимые программы для MS Windows, позволившие выполнять расчетные работы в оптимальные сроки и с приемлемой для оценок физического явления точностью. Программы реализованы таким образом, чтобы исследователь мог достаточно просто оперировать настройками и получать результаты расчетов в виде графиков с возможностью их перестраивания в наиболее удобную для анализа форму. Установлено, что наличие протяженной области локально распределенных дефектов структуры материала, например, при его деформировании, меняет характер распространяющейся по стержню волны. Показана зависимость характерных особенностей этого изменения от протяженности поврежденного участка, что дает возможность анализа этого фактора при оценке появления и развития дефектов в материалах. Показано, что наличие в стержне сосредоточенных дефектов в тонком поперечном сечении образца или в протяженной области меняет форму проходящей акустической волны в сторону снижения амплитуды и уменьшения крутизны переднего фронта. Полученное решение предоставляет возможность оценивать накопление повреждений (дефектов) в материалах образцов по результатам их сканирования акустическими импульс

В ранее опубликованных работах приведены формулы для расчета перемещений наружной поверхности пластин, описывающие полный спектр волн, распространяющихся в пластине. Аналитически было показано, что АЭ волны в пластинах могут распространяться со скоростями значительно выше скорости С1. Однако контролирующая аппаратура воспринимает только ту часть спектра волны, которую пропускает акустический датчик, имеющий конкретную амплитудно-частотную характеристику. Эта характеристика связана, в первую очередь, с конструкцией и размерами чувствительного элемента и корпуса датчика. Рассмотрены особенности регистрации волн АЭ с использованием датчиков с различной амплитудно-частотной характеристикой.

Рассмотрены характер и величины температурных и остаточных напряжений, возникающих при внезапном приложении высокой температуры к внутренней стенке трубы. Показано влияние динамической составляющей напряжений, вызванной внезапным приложением тепловой нагрузки к внутренней стенке трубы. Установлено, что высокий градиент распределения температуры в направлении радиуса в начальные моменты времени приводит к появлению сжимающих напряжений, превышающих предел текучести материала на внутренней поверхности трубы. Последнее вызывает пластические деформации и, как следствие, остаточные растягивающие напряжения. Образовавшиеся напряжения могут быть достаточными для возникновения трещин, ориентированных вдоль образующей трубы.

Подведен итог анализа тепловых полей и температурных напряжений, возникающих и перераспределяющихся на трех стадиях эксплуатации трубопроводов, работающих при высоких температурах - пуска, стационарного режима эксплуатации и остывания при прекращении эксплуатации. Установленные особенности теплового воздействия на материал стенки труб показывают причины появления трещин на их внутренней поверхности. Показано влияние теплоотвода на характер распределения и значение температуры в стационарном состоянии трубы при эксплуатации. Установлено, что нарушение режима теплоотвода приводит к необходимости увеличения тепловложения для компенсации отводимого тепла и ведет к росту температурных напряжений.

Отмечено, что акустико-эмиссионный мониторинг трубопроводов, работающих при высоких температурах, показывает наличие зон акустической активности. Понимание механизмов формирования дефектов в таких зонах позволяет повысить качество проводимого АЭ контроля и выработать рекомендации по безопасной эксплуатации трубопроводов. Рассмотрен характер и величины температурных полей, возникающих при внезапном приложении высокой температуры к внутренней стенке трубы. На основе преобразования Лапласа выделена и показана динамическая составляющая температурного поля при внезапном приложении тепловой нагрузки. Установлено наличие высокого градиента распределения температуры в направлении радиуса при динамическом нагреве. Показано, что более благоприятное распределение "пусковой" температуры в стенке трубы происходит при более медленной подаче тепловой нагрузки к ее внутренней стенке.

Отмечено, что в настоящее время отсутствуют теоретические основы метрологической аттестации метода акустической эмиссии (АЭ). Это значительно сдерживает стандартизацию методик неразрушающего контроля с помощью АЭ метода, создание взаимозаменяемой АЭ аппаратуры, разработку универсальных программных продуктов, прогнозирующих возможное разрушение конструкций. Первым шагом на пути создания унифицированных диагностических АЭ средств контроля должна стать стандартизация метода АЭ. Для этого необходима разработка достаточно точной и в то же время приемлемой для практических расчетов теории распространения волн деформаций от источника АЭ возмущения, призванная аналитически описать процессы переноса АЭ информации распространяющимися волнами.

Рассмотрены основные факторы, определяющие развитие диагностики на современном этапе, а также задачи, которые требовалось решить при создании систем АЭ диагностики ЕМА. Представлены принципы выбора архитектуры, программного обеспечения системы и технологий, обеспечивающих решение поставленных задач. Определены основные преимущества системы перед конкурирующими решениями. Особое внимание уделено разработке и внедрению систем непрерывного АЭ мониторинга в масштабах технологических линий и заводов. Сделан акцент на преимуществах использования технологии XML при организации работы сетевых диагностических комплексов. Показаны источники рентабельности и быстрой окупаемости систем ЕМА.

Рассмотрены вопросы прогнозирования на основе метода акустической эмиссии (АЭ) разрушающей нагрузки в действующих при высокой температуре трубопроводах тепловых станций. Показано, что прогнозируемая системой непрерывного АЭ мониторинга разрушающая нагрузка с достаточной для практики точностью определяет также и предел длительной прочности материала независимо от времени наработки и рабочей температуры. Для повышения надежности в принятии решения о необходимости остановки и вывода из эксплуатации конструкций по данным АЭ контроля установлены коэффициенты запаса по прогнозируемой разрушающей нагрузке. Учитывая наличие и готовность к применению необходимых аппаратных и программных средств, можно говорить о том, что разработаны соответствующие методика и технология.

Отмечено, что практика эксплуатации машин, конструкций и сооружений все настойчивее требует создания методов и средств, с помощью которых можно было бы определять на основании имеющихся данных их функциональные возможности в любой момент времени, как в прошлом, так и в настоящем, а также прогнозировать на базе этих данных их состояние и поведение в будущем. Как правило, расчетным путем трудно оценить, как именно и при каких значениях параметров, характеризующих работоспособность конструкции, начнется разрушение. Существующего объема знаний о зависимости принимаемых критериев разрушения от многочисленных параметров чаще всего недостаточно. Если учесть, что могут иметь место и такие, влияющие на исчерпание несущих свойств материалов, параметры эксплуатации, о которых просто ничего неизвестно, то сложно оценить точность расчета, и в некоторых случаях погрешность может оказаться недопустимо высокой. Технология контроля на основе акустической эмиссии дает возможность получить более высокую точность оценок, определяемую лишь точностью приборов и методик их применения в каждом конкретном случае. Ее применение позволяет осуществить переход от наблюдения за состоянием конструкций к управлению их безопасной эксплуатацией.

Предложена методика акустико-эмиссионного экспресс-контроля прочности бетонов. Показано, что метод АЭ является высокоэффективным средством для оценки текущего состояния бетонов в процессе затвердевания, в том числе при наличии структурных и фазовых превращений. По данным проведенного акустико-эмиссионного контроля, комплексная добавка KCl+Al(NO₃)₃+OPM-1 существенно повышает как прочностные свойства бетона, так и его способность сопротивляться трещинообразованию.

Международная группа специалистов в области неразрушающего контроля и технической диагностики провела испытание двух сосудов, работающих под давлением. Цель испытаний - оценка различных способов определения состояния материала сосудов и прогнозирование разрушающей нагрузки на начальных стадиях нагружения сосуда. Приведены результаты прогнозирования разрушающей нагрузки для сосудов с применением методики, разработанной специалистами Института электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. Показано, что прогноз разрушающей нагрузки по указанной методике был выполнен с погрешностью, не превышающей 5 %.

Изучены акустико-эмиссионные (АЭ) характеристики широко используемой в промышленности стали 12Х18Н10Т в условиях нормальных и высоких (<$E 560~symbol Р roman C>) температур при испытаниях на статическую прочность. Показаны особенности, характерные для процесса накопления повреждений при деформировании и возникновения сопутствующей этому процессу АЭ. Установлено, что для объектов из стали 12Х18Н10Т при высоких температурах (до <$E 560~symbol Р roman C>) возможна эффективная оценка накопления повреждений и прогнозирование разрушения с использованием метода АЭ.

Рассмотрены отдельные элементы методики испытания материалов конструкций при высоких температурах, связанные с особенностями технологии, основанной на применении метода акустической эмиссии (АЭ). С учетом этих особенностей на базе разрывной машины P-20 изготовлен специальный испытательный стенд, включающий оригинальные средства нагрева и его контроля, средства регистрации АЭ, нагрузок и температур. Разработанные методика и стенд позволяют производить испытания материалов тепловых и электрических станций, элементов конструкций атомной энергетики, оборудования химических и металлургических производств, работающих в диапазоне температур от 20 до 560 <$E symbol Р>C с получением и анализом АЭ характеристик материалов. Приведена конструкция испытательного стенда.