Применение методики спектрального анализа акустических сигналов для исследования трибологических свойств смазочных и контактирующих материалов

• Автор: Растегаев, Игорь Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Тольятти
• Количество страниц: 167 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Акустические методы оценки свойств смазочных и контактирующих материалов
1.1. Применение акустических методов при трибологических испытаниях
1.1.1. Акустические методы контроля материалов
1.1.2. Известные способы применения акустических .методов при трибологических испытаниях
1.2. Источники акустических сигналов, регистрируемых при испытании смазочных и контактирующих материалов
1.2.1. Калиброванные источники акустических сигналов
1.2.2. Случайные источники акустических сигналов
1.2.2.1. Основные понятия и представления о про1щссах в зоне фрикционного взаимодействия
1.2.2.2. Особенность акустических явлений при фрикционном взаимодействии
1.3. Параметры акустических сигналов и их информативность
1.4. Выводы и постановка задачи исследования
2. Материалы и методы исследования
2.1. Метод акустической эмиссии
2.2. Трибологические методы исследования свойств смазочных материалов
2.2.1. Ультразвуковой метод исследования диссипативных (демпфирующих) свойств смазочных материалов
2.2.2. Метод определения трибологических характеристик смазочных материалов на четырёхшариковой машине трения
2.3. Методы микроскопического исследования
2.4. Материалы и образцы
3. Применение спектрального анализа акустических сигналов для исследования диссипации механической энергии смазочным
слоем
3.1. Общие закономерности
3.2. Влияние акустического тракта на параметры регистрируемых сигналов
3.3. Влияние режима акустического воздействия

3.3.1. Влияние амплитуды акустического воздействия
3.3.2. Влияние длительности акустического воздействия
3.3.3. Влияние периода следования импульсов
3.3.4. Влияние количества пропущенных импульсов
3.4. Влияние других факторов эксперимента
3.5. Спектральный анализ импульсов прошедших через смазочный материал с применением методики обработки сигналов АЭ
3.5.1. Спектральные особенности регистрируемых сигналов
3.5.2. Сопоставление результатов испытаний различных смазочных материалов с применением методики спектрального анализа сигналов АЭ
3.5.3. Дополнительные критерии оценки диссипативных свойств смазочных материалов акустическим способом
3.6. Выводы
4. Применение энергетических параметров акустических сигналов для оценки свойств смазочных материалов в режиме работы узлов трения
4.1. Мониторинг и оценка состояния поверхностей трения по огибающей сигналов акустической эмиссии
4.1.1. Общие закономерности изменения огибающей акустической эмиссии при испытаниях на четырёхшариковой машине трения
4.1.2. Ускорение трибологических испытаний с помощью огибающей сигналов акустической эмиссии
4.1.3. Оценка предельного состояния узлов трения по огибающей сигналов акустической эмиссии
4.1.4. Мониторинг формирования рельефа поверхности трения по огибающей сигналов акустической эмиссии
4.2. Идентификация механизмов разрушения поверхностей трения на основе спектрального анализа сигналов акустической эмиссии
4.2.1. Спектральный состав и энергия отдельных сигналов акустической эмиссии
4.2.2. Прильенение спектрального анализа сигналов акустической эмиссии для идентификации механизмов разрушения поверхностей трения
4.3. Выводы
Заключение
Библиографический список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Подсчитано, что материальные потери от трения и износа в развитых государствах достигают 4...5 % национального дохода, а преодоление сопротивления трения поглощает во всём мире 20...25 % вырабатываемой за год энергии [1]. Одним из главных направлений снижения этих потерь является совершенствование смазочных материалов. Поэтому исследованию свойств смазочных материалов во всём мире уделяется самое пристальное внимание. Например [2], около 20% объёма финансирования работ по трибологии в США направляется только на стимулирование работ по смазочным материалам.
Несмотря на то, что во всём мире исследование смазочных материалов является приоритетным направлением трибологии, например, в настоящее время только в химмотологии смазочных материалов насчитывается порядка 600 различных методик испытания [3], принципиально новые смазочные материалы создаются один раз в 10-15 лет [1]. Во многом это объясняется несовершенством приборного и методического обеспечения, необходимого для оценки изменения качества смазочного материала, обнаружения момента потери несущей способности и отслеживания динамики процесса изнашивания непосредственно в режиме испытания. Существующие методики и средства оценки критического состояния смазочных материалов, как правило, основаны не на контроле физических процессов, происходящих в трибосопряжении, и поэтому для принятия решений требуют остановки испытаний и разборки узла трения.
Основными причинами, препятствующими развитию методов и средств трибологических испытаний, являются: сложность и недостаточная изученность самого процесса трения, малые размеры и недоступность для исследования трибоконтакта, адекватное изучение которого возможно только в системе «тело -смазочный материал - контр тело».
Многими авторами показано, что одними из наиболее эффективных средств обеспечения трибоиспытаний являются акустические методы. Они позволяют определять состав, дефектность и свойства исследуемого объекта, инвариантны к материалу объекта исследования, дают возможность получать информацию об объекте исследования в режиме реального времени (в случае узла трения без его остановки и разборки).

Таблица 1.7. Обобщённые данные по уровням акустических сигналов сопровождающие сварочные процессы [14, 18]
Уровень АЭ сигнала, дБ. Процессы при сварке
0...3 дБ Истечение защитного газа
4...9 дБ Горение дуги в потоке защитного газа
15...20 дБ Плавления и кристаллизация основного металла
20...26 дБ Плавления и кристаллизация основного и присадочного металлов
30..35 дБ Образование окисной плёнки на поверхности сварного соединения
35...40 дБ Сварка штучными электродами
30...40 дБ Сварка под слоем флюса
42...47 дБ Автоматическая сварка в среде углекислого газа
0...40 дБ Производственные шумы
50..52 дБ Образование дефектов
Наличие множества источников акустических сигналов, их случайных характер происхождения, волновые трансформации при распространении, сложность и недостаточная изученность самого процесса трения, малые размеры и недоступность для исследования трибоконтакта в системе «тело-смазочный материал-контр тело» в совокупности приводит к трудностям в разделении регистрируемых акустических сигналов и установлении связей с их процессами-источниками. Без решения указанных вопросов невозможно в полной мере использовать заложенный в акустических методах потенциал для решения трибологических задач. Поэтому необходимы новые подходы к обработке акустических сигналов регистрируемых при трибологических испытаниях. Решение поставленной задачи во многом зависит от правильности выбора параметров описания регистрируемых акустических сигналов и метода их обработки. Рассмотрим основные параметры описания акустических сигналов, применяющиеся в настоящее время, их преимущества п ограничения.
1.3. Параметры акустических сигналов и их информативность.
Основная цель обработки акустических сигналов заключается в измерении величины выделенного параметра акустического сигнала, характеризующего исследуемый процесс. Если заранее известно, какими свойствами обладает объект, от которого идёт сигнал, и какие элементы он в себя включает, то извлечение необходимой информации не составляет особого труда. Если свойства объекта неизвестны и происхождение исследуемого процесса случайное, необходимо дополнительно найти соответствие между особенностями сигнала и физическими свойствами объекта/процесса. При этом в обоих случаях выбор параметров оценки