CC BY
16УДК 620.179.17
Смирнов А.О.
магистрант кафедры транспорта и хранения нефти и газа Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II
(г. Санкт-Петербург, Россия)
Фарафонов В.А.
магистрант кафедры транспорта и хранения нефти и газа Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II
(г. Санкт-Петербург, Россия)
Картошкин А.Д.
магистрант кафедры транспорта и хранения нефти и газа Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II
(г. Санкт-Петербург, Россия)
АКУСТИЧЕСКАЯ ЭМИССИЯ В МАТЕРИАЛАХ: МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕРАЦИИ ВОЛН, ПРИМЕНЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
Аннотация: в работе представлен обзор технологии акустической эмиссии, которая позволяет обнаруживать дефекты в конструкциях из металла, бетона или композитных материалов, прогнозировать вероятность их поломки, а также существенно снижать затраты на обслуживание и ремонт технических объектов. Охарактеризованы особенности применения метода, например, использование высокоточных датчиков, требование квалифицированных специалистов, и отмечает его чувствительность к внешним условиям. Схема применения этой технологии изображена в определенной последовательности действий.
Ключевые слова: неразрушающий контроль, акустическая эмиссия, диагностика, оценка состояния объектов, ультразвук.
Акустическая эмиссия — удивительная, перспективная и сложная тема современной техники и науки. Это хорошо известное из повседневной жизни явление: звук разбитого стекла, падающего дерева, трескающегося льда — вот некоторые примеры звука разрушения, который мы можем услышать от различных объектов, подвергающихся нагрузке. С научной точки зрения акустическая эмиссия представляет собой явление генерации звуковых и ультразвуковых волн материалами, подвергающимися процессам деформации и разрушения (рис. 1). Источники, генерирующие АЭ в разных материалах, уникальны. Например, в металлах первичными макроскопическими источниками являются скачки трещин, процессы, связанные с развитием пластической деформации, разрушением и отслоением
включений. Количественные и качественные характеристики волн акустической эмиссии.
Force
Рис. 1. Акустическая эмиссия вследствие роста трещины в твердом материале под нагрузкой
Задачами акустико-эмиссионных исследований в промышленности сегодня являются обнаружение, локализация и оценка дефектов в конструкциях из металла, бетона или композитных материалов. В этих материалах развитие разрушения в виде распространения трещины является основным источником акустической эмиссии. Элементарные скачки трещины при статических или динамических нагрузках сопровождаются быстрым выделением энергии. Часть
этой энергии выделяется в виде волн напряжений в результате быстрого перераспределения поля напряжений в вершине трещины. Генерируемые волны напряжения в основном являются упругими волнами, но неупругие волны могут также генерироваться, когда напряжения превышают предел текучести. Это происходит, например, в пластической зоне трещины, развивающейся в пластичном металле.
Другими первичными источниками акустической эмиссии в материалах, подвергающихся разрушению, являются:
• Развитие пластической деформации и разрушение твердых включений в металлах;
• Обрыв волокна, растрескивание матрицы и расслоение в композитах;
• Полное разрушение, закрытие пустот и т.п. в бетоне.
Применению технологии акустической эмиссии характерны следующие
тезисы:
1. Технология акустической эмиссии может быть применена для неразрушающего контроля состояния материалов и конструкций.
2. С помощью акустической эмиссии можно обнаруживать дефекты в материалах и прогнозировать вероятность их поломки.
3. Применение технологии акустической эмиссии позволяет существенно снизить затраты на обслуживание и ремонт технических объектов.
4. В сфере энергетики акустическая эмиссия используется для диагностики оборудования и определения необходимости проведения ремонтных работ.
5. Применение акустической эмиссии может улучшить процесс мониторинга грузовых и пассажирских транспортных средств, увеличивая безопасность на дороге.
Следующие пункты описывают особенности применяемой технологии неразрушающего контроля - акустической эмиссии.
1. Основной особенностью применения метода акустической эмиссии является возможность проведения неразрушающего контроля материалов и конструкций.
2. Для эффективного применения метода акустической эмиссии необходимо использование высокоточных датчиков и специальных алгоритмов анализа полученных данных.
3. Применение метода акустической эмиссии требует квалифицированных специалистов, способных правильно настроить и использовать оборудование.
4. Особенностью метода является относительная чувствительность к внешним условиям, таким как шум, вибрация и температура, что может затруднять интерпретацию полученных данных.
5. Применение метода акустической эмиссии позволяет обнаруживать начальные стадии разрушения материалов и конструкций, что позволяет проводить профилактические меры и предотвращать аварийные ситуации.
Схема применения технологии АЭ отображается в определённой последовательности действий, представленных на рисунке 2.
Рис. 2. Принципиальная схема акустико-эмиссионного контроля
Применение акустической эмиссии в качестве диагностического метода, инструмента оценки целостности конструкции возможно, когда для конкретного материала и конструкции установлена качественная или количественная связь между регистрируемой акустической эмиссией и состоянием материала. Существует два основных подхода к достижению этой цели:
1. Экспериментальное определение набора характеристик (отпечатков) параметров акустической эмиссии и их характеристик, однозначно описывающих состояние материала, стадию разрушения, тип дефекта и т.д. Например, для нахождения характерных отпечатков акустической эмиссии растрескивания бетона и коррозии арматуры.
2. Установление теоретической связи между параметрами акустической эмиссии и их характеристиками и свойствами материалов, параметрами механики разрушения и т.д. Например, установление зависимости между энергией акустической эмиссии и I -интегральной величиной трещины.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Носов В.В, Ямилова А.Р. Метод акустической эмиссии. Учебное пособие. Изд-во «Лань», СПб, 2017, 304 с.
2. Носов В.В., Номинас С.В., Зеленский Н.А. Оценка прочности сосудов давления на основе использования явления акустической эмиссии // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2 (219)' 2015. С. 182-190.
3. Носов В.В. Принципы оптимизации технологий акустико-эмиссионного контроля прочности промышленных объектов // Дефектоскопия, № 7, 2016, с. 52-67.
4. Носов В.В., Самигуллин Г.Х., Ямилова А.Р., Зеленский Н.А. Микромеханическая модель акустической эмиссии как методологическая основа прогнозирования разрушения сварных соединений // Нефтегазовое дело, 2016, т. 14, № 1, С. 244-253.
5. Носов В.В. Акустико-эмиссионный контроль качества пластически деформируемых заготовок // Дефектоскопия. 2017, № 5. - С. 36-45.
Smirnov A.O.
master student of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas St. Petersburg Mining University of Empress Catherine II (St. Petersburg, Russia)
Farafonov V.A.
master student of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas St. Petersburg Mining University of Empress Catherine II (St. Petersburg, Russia)
Kartoshkin A.D.
master student of the Department of Transport and Storage of Oil and Gas St. Petersburg Mining University of Empress Catherine II (St. Petersburg, Russia)
ACOUSTIC EMISSION IN MATERIALS: WAVE GENERATION MECHANISMS, APPLICATION AND TECHNOLOGICAL FEATURES OF
NON-DESTRUCTIVE TESTING
Abstract: the paper presents an overview of the acoustic emission technology, which makes it possible to detect defects in structures made of metal, concrete or composite materials, predict the probability of their failure, and also significantly reduce the cost of maintenance and repair of technical objects. The features of the application of the method are characterized, for example, the use of high-precision sensors, the requirement of qualified specialists, and its sensitivity to external conditions is noted. The scheme of application of this technology is depicted in a certain sequence of actions.
Keywords: non-destructive testing, acoustic emission, diagnostics, assessment of the state of objects, ultrasound.
