Использование волн Рэлея для контроля стресс-коррозионных повреждений трубопроводов методом акустической эмиссии

• Автор: Котоломов, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 150 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА
СТРЕСС-КОРРОЗИОННОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ И МЕТОДЫ ЕГО КОНТРОЛЯ (обзор литературы)
1.1. Особенности контроля стресс-коррозионных повреждений трубопроводов
1.2 Применение метода акустической эмиссии для контроля трубопроводов
1.2.1 Современные возможности метода акустической эмиссии при контроле развивающихся дефектов в трубопроводах
1.2.2 Моделирование процессов излучения волн акустической эмиссии при развитии трещин
1.2.3 Использование волн Рэлея для контроля приповерхностных трещин
Выводы к 1 главе
ГЛАВА
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛН РЭЛЕЯ ТРЕЩИНАМИ ПРИ РАЗВИТИИ СТРЕСС-КОРРОЗИИ
2.1 Постановка задачи
2.2 Расчет гармонических составляющих амплитуд смещений в волнах Рэлея при развитии трещин
2.2.1 Трещина, растущая к поверхности материала
2.2.2 Трещина, растущая с поверхности вглубь материала
2.2.3 Расслоение
2.2.4 Поверхностное растрескивание

2.3 Получение импульса рэлеевской волны

2.4 Программное обеспечение для расчета акустических полей волн Рэлея, излучаемых
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛН РЭЛЕЯ ПРИ РАЗВИТИИ СТРЕСС КОРРОЗИОННЫХ ТРЕЩИН
3.1 Зависимость частотных спектров импульсов рэлеевской волны от параметров трещин
3.2 Диаграммы направленности волн Рэлея, излучаемые различными типами трещин
3.3 Зависимость амплитуд смещений в волнах Рэлея от параметров трещин
3.4 Особенности излучения акустических полей волн Рэлея при развитии трещины, растущей вглубь материала
3.5 Определение стадий развития стресс-коррозионных повреждений трубопроводов... 105 Выводы к 3 главе
при развитии трещин

Выводы к 2 главе

ГЛАВА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность диссертационного исследования. Необходимость контроля стресс-коррозионных повреждений трубопроводов связано с тем, что данные виды дефектов характерны, прежде всего, для магистральных газопроводов (МГ) [10, 42, 61, 96, 113, 116] и трубопроводов систем охлаждения атомных реакторов [12, 14], то есть объектов, аварии на которых могут привести к техногенным катастрофам. В настоящее время на магистральных газопроводах контроль стресс-коррозионных дефектов проводится с помощью средств внутритрубной диагностики [60]. Это связано, прежде всего, с большой протяженностью трубопроводов. Однако получаемая информация при таком контроле позволяет только локализовать участки стресс-коррозионного повреждения трубопровода и не может достаточно точно определить размер и степень опасности таких дефектов. Поэтому необходимо сочетать как применение внутритрубной диагностики для обнаружения и локализации участков стресс-коррозионных повреждений трубопровода, так и регулярный мониторинг этих участков с целью предупреждения закритического развития трещин. Наиболее оптимальным для осуществления такого мониторинга трубопровода является применение метода акустической эмиссии (АЭ), основанного на регистрации упругих волн напряжения, возникающих в результате трещинообразования [1, 8, 12, 13, 15, 16, 32, 54, 124. 141]. Это особенно важно на участках, где стресс-коррозионные повреждения локализованы с помощью внутритрубной диагностики в местах, наиболее подверженных влиянию внешних факторов (переходах через реки, пересечениях с автомобильными и железными дорогами и другими путепроводами). Применение АЭ диагностики в случае контроля стресс-коррозионных повреждений магистральных газопроводов объясняется большой протяженностью участка стресс-коррозии, которая обычно определяется размером одной трубы, а образование магистральной трещины равновероятно для всего дефектного участка. В то же время, разработанные на основе АЭ методы и приборы, недостаточно эффективны, так как вопросы непосредственной связи таких характеристик им-

Смещения в упругих волнах, излучаемых совокупностью точечных источников, находятся согласно принципу суперпозиции посредством интегрирования выражений смещений в продольных и поперечных волнах для гармонического режима, взятых из сборника [121] по координатам х и у в пределах ±а и ±Ь соответственно. В результате получают пространственно-частотную функцию процесса излучения упругих волн растущей трещиной для силового воздействия произвольной формы Н{со). Спектральную плотность Fa{co) импульса силового воздействия a{t) находят методом прямого преобразования Фурье. Форму импульса акустической волны во временной области получают применением обратного преобразования Фурье к произведению спектральной плотности силового воздействия и пространственно-частотной функции процесса излучения волн растущей трещиной [71].
В работах [41, 43, 68, 127] выполнен анализ волновых полей для трещины, возникающей в упругом слое. Отмечается возможность определения местоположения области разрушения и анализа её характеристик по сигналам АЭ. В статьях [86, 87] проанализировано влияние возможных способов образования локальных внутренних дефектов в толстых пластинах на параметры возникающих при этом волн АЭ.
Сосредоточенный источник АЭ наряду со сферическими объемными волнами излучает и поверхностные волны. Вследствие излучения волн в широком диапазоне частот и углов наблюдения, а также распространения объемных волн на ограниченной толщине существует бесконечное множество путей, по которым эти типы волн могут достигать приемника при единичном акте возникновения микротрещины. Волновая картинка при отсутствии затухания могла бы быть зарегистрирована в виде достаточно протяженного во времени импульса. То есть в пределах регистрируемого импульса можно зарегистрировать до нескольких десятков максимумов и минимумов, что связано с переотражением и трансформацией волн.