CC BY
30
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО МЕТОДА КОНТРОЛЯ Мурая Е.Н. Email: [email protected]
Мурая Елена Николаевна - кандидат технических наук, доцент, кафедра высшей математики, Дальневосточный государственный университет путей сообщения, г. Хабаровск
Аннотация в статье рассматривается физический аспект акустико-эмиссионного метода контроля применительно к моделированию, особенности данного метода, его чувствительность по сравнению с другими методами неразрушающего контроля, а также дается оценка метода, позволяющего проводить непрерывный контроль (мониторинг) работающих объектов, с целью их остановки в случае появления и развития опасных дефектов. Приводятся основные характеристики акустического сигнала, которые позволяют смоделировать задачу об оценке степени опасности ситуации и решить ее, используя физическую основу акустико-эмиссионного метода контроля. Ключевые слова: акустика эмиссия, амплитудные характеристики, импульс, преобразователи.
PHYSICAL MODELS MODELINGS ACOUSTIC-EMISSION ON
METHOD CONTROL Muraya E.N.
Muraya Elena Nikolaevna - PhD of Technical Sciences, Associate Professor, DEPARTMENT OF HIGHER MATHEMATICS, FAR EASTERN STATE TRANSPORT UNIVERSITY, KHABAROVSK
Abstract: the article discusses the physical aspect of the acoustic emission method of control in relation to modeling, the features of this method, its sensitivity compared to other methods of nondestructive testing, as well as an assessment of the method allowing for continuous monitoring (monitoring) of working objects, with a view to stopping them in cases the emergence and development of dangerous defects. The basic characteristics of the acoustic signal are given, which make it possible to model the problem of assessing the degree of danger of a situation and solve it using the physical basis of the acoustic emission method of control. Keywords: acoustics emission, amplitude characteristics, impulse, transducers.
УДК 534.6.08
Основной особенностью акустической эмиссии является тот факт, что она сопровождает процесс деградации механических свойств материала от стадии коллективного движения и выхода дислокаций на поверхность поликристаллитов до полного разрушения [1]. Акустическое поле создается при этом самим материалом исследуемого объекта, т.е. происходит генерация электромагнитных полей, но вследствие их поглощения в материале, практическое применение в настоящее время затруднено.
Применительно к твердому телу акустическая эмиссия (АЭ) - это излучение в окружающий материал упругих волн, вызванных локальными динамическими изменениями напряжений внутри тела [1].
Хрупкие макроразрушения, в частности хрупкие трещины в технических и строительных объектах, динамические проявления горного давления имеют подготовительный период во времени. Этот период включает: интервал времени возникновения отдельных микроразрушений; интервал времени концентрации (локализации) отдельных микроразрушений в очаги микроразрушений (совокупность близко расположенных источников); интервал времени развития этих очагов (продвижение, увеличение, объединение) до критического состояния [2, 3].
15
Отдельное микроразрушение, как правило, сопровождается появлением сигнала акустической эмиссии, который может быть зарегистрирован акустико -эмиссионной аппаратурой. Основными характеристиками сигнала являются координаты источника, величина, выделенной в нем акустической энергии и время возникновения. Получив в результате акустико-эмиссионного мониторинга объекта контроля достаточный объем отсчётов координат источников акустической эмиссии, можно ставить задачу об оценке степени опасности ситуации - близости момента макроразрушения объекта [1, 4].
В руководящем документе Госгортехнадзора РФ [2, 3] для оценки результатов АЭ-контроля регламентируется приводить сведения о выявленных источниках АЭ и проводить классификацию источников по степени их опасности. Источники, в зависимости от своих параметров, по степени опасности делятся на классы: пассивный; активный; критически активный; катастрофически активный. К основным параметрам при этом относят: накопленный «в источнике» за время испытаний суммарный счёт импульсов АЭ, зависимости от времени активности АЭ источника, амплитуду сигналов и др. Таким образом, фактически предполагается, что каждый источник занимает фиксированное положение, а изменяются локальные или интегральные параметры излучаемых им сигналов.
Исходя из физической сущности явления АЭ, «сработавший» источник при монотонной нагрузке больше не излучает сигналов АЭ [4]. Излучать может только следующий, хотя, возможно, и соседний по расположению источник. Представим схему развития трещины как последовательность малых приращений (2, 3, 4) её площади, начиная от исходного фронта 1 (рис. 1).
Рис. 1. Схема развития трещины: 1, 2, 3, 4 - стадии её развития
Приращения «площади» трещины 2, 3, 4 выступают как отдельные последовательные источники АЭ. При низком локационном разрешении АЭ-аппаратуры все эти источники воспринимаются как один с возрастающими по времени значениями акустических параметров. Однако макроразрушению обычно предшествуют достаточно большие по протяженности дефекты (трещины), для которых АЭ-аппаратура различает несколько последовательных различных источников АЭ. К примеру, приведем данные локации источников АЭ при развитии поверхностной трещины в стенке модели сосуда давления из титанового сплава при циклическом нагружении (рис. 2).
Рис. 2. Пример локации источников АЭ при развитии поверхностной трещины: а - гистограмма отсчётов координат источников; б - конфигурация фронта трещины на различных циклах нагружения
Здесь представлены конфигурации фронта трещины на циклах нагружения 7952 (внутренняя кривая) и 8040 (внешняя кривая) (рис 2, б) и гистограмма отсчётов координат источников между этими циклами (рис. 2, а). Как видно из рисунка, аппаратура (Амур-Д4) позволяет различать последовательные источники АЭ вдоль оси х. Таким образом, развитие трещины характеризуют не столько параметры отдельных источников АЭ, сколько их концентрация в локальных областях и параметры таких концентраций. Оценка степени опасности ситуации (близости макроразрушения) должна основываться на выявлении скоплений источников АЭ и оценки их интегральных параметров, в том числе динамических.
Для описанного выше подхода, при котором не учитывается положение источников АЭ, возможна ситуация, когда одинаковые по суммарным показателям группы источников АЭ соответствуют совокупности хаотически расположенных источников и источников, тесно сгруппированных. Между тем, с точки зрения оценки опасности ситуации, эти случаи весьма различны [5].
Наиболее важные особенности метода АЭ, определяющие перспективность его использования при исследовании и контроле материалов и конструкций состоят в следующем.
1. Возможность обнаружения и регистрации только развивающихся дефектов, что позволят классифицировать их не по размерам, а по степени их опасности.
2. Чувствительность метода АЭ значительно превышает чувствительность традиционных методов неразрушающего контроля.
3. Метод является интегральным и обеспечивает контроль объекта с использованием одного или нескольких преобразователей (при необходимости определения места нахождения дефекта).
4. Метод позволяет проводить непрерывный контроль (мониторинг) работающих объектов, с целью их остановки в случае появления и развития опасных дефектов.
5. Положение и ориентация дефектов влияют на выявляемость в меньшей степени, чем при активных методах ультразвуковой дефектоскопии.
6. Метод имеет значительно меньше ограничений, связанных со структурой и физико-механическими свойствами материалов, чем другие методы неразрушающего контроля.
Список литературы /References
1. Акустическая эмиссия / Грешников В.А., Дробот Ю.Б. и др. М.: Изд-во стандартов, 1976. С. 276.
2. Требования к преобразователям акустической эмиссии, применяемым для контроля опасных производственных объектов [Текст]: РД 03-300-99: утв. Госгортехнадзором России 15.07.99 № 53: в вод в действие с 01-10-99. М.: Государственное унитарное предприятие «Научно технический центр по безопасности в промышленности Гостехнадзора России», 2001. С. 220.
3. Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов м технологических трубопроводов: ПБ - 03-593-03 / Система неразрушающего контроля. Метод акустической эмиссии: сб. М.: Изд-во НТЦ «Промышленная безопасность», 2001. С. 38-36.
4. Мурая Е.Н. Локация источников акустической эмиссии с учетом волноводных свойств объекта контроля: дис. ... канд тех наук: 01.04.06. Владивосток, 2008. С. 178.
