Оценка информативности структуры сигналов акустической эмиссии от образования микротрещин в тонкостенных объектах

• Автор: Марков, Евгений Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 247 с. : ил.

1. Аналитический обзор литературы

1.1. Закономерности генерации упругих импульсов в процессах разрушения

1.2. Неразрушающий контроль готовых изделий, оборудования и

конструкций методом акустической эмиссии

1.3. Идентификация типов источников по форме и спектрам акустических сигналов

1.3.1. Применение спектрального анализа в исследованиях разрушения

1.3.2. Анализ частотно-временной структуры дискретных импульсов акустической эмиссии

1.4. Моделирование акустического излучения от образования и роста трещин

1.4.1. Модели трещин как источников упругих волн

1.4.2. Акустическая эмиссия в пластинах

1.5. Распространение направленных волн в листовых объектах

1.6. Выводы по аналитическому обзору литературы и постановка задач 63 исследований
2. Методы возбуждения, измерения и обработки акустических сигналов в стальных листах
2.1. Измерение эмиссии от искусственных источников
2.2. Спектральный и частотно-временной анализ сигналов
3. Частотно-временная структура акустической эмиссии от импульсных источников в пластинах

3.1. Формирование и распространение импульсов нормальных волн
3.2. Форма сигналов в разных масштабах измерений
3.3. Выделение колебаний волновых мод Лэмба в структуре сигнала
3.4. Выбор информативного фрагмента на фоне отражений от границ листа
3.5. Вычисление амплитуд и энергии колебаний в ограниченных диапазонах частот методом детализации
4. Зависимость формы сигналов от пространственных характеристик источников
4.1. Диаграммы направленности нормальных мод излучения
4.2. Классификация микротрещин и внешних поверхностных воздействий
4.3. Влияние толщины листа, глубины расположения и времени вскрытия трещины на значение структурного коэффициента
4.4. Практические аспекты применения частотно-временного анализа
5. Сравнение актов акустической эмиссии методами спектрального анализа
5.1. Оценка длительности акта излучения с учетом свойств электроакустического тракта
5.2. Зависимость спектральных параметров от угла наблюдения, ориентации и глубины расположения источника
Выводы
Список использованных источников

Актуальность работы.
Задача акустико-эмиссионной диагностики - оценка риска внезапного разрушения объекта. Неоправданный вывод производственного оборудования или объектов транспорта из эксплуатации также как и аварийные ситуации может обернуться значительными финансовыми убытками. Поэтому важно различать внешние акустические помехи и эмиссию трещин разной степени опасности. Часто контроль проводят под действием повышенных нагрузок, что само по себе увеличивает риск разрушения (например, при пневмо- или гидроиспытаниях). Метод контроля должен обеспечивать оперативное принятие решений по наблюдениям эмиссии за как можно меньший промежуток времени. Отсюда возникает задача, связанная с необходимостью определения типа источника для каждого зарегистрированного сигнала.
Технические возможности цифровой регистрации и обработки информации постоянно возрастают. Это, с одной стороны, стимулирует развитие методов анализа АЭ, а с другой стороны, ставит задачу обеспечить их эффективное применение на практике. Выбор информативных параметров и определение их связи с процессом разрушения обычно основываются на многолетнем опыте эксплуатации объектов контроля. Такой путь в основе своей статистический. Применение теоретически обоснованных методов обработки и правил принятия решений требует построения адекватных физико-математических моделей излучения, распространения и измерения генерируемых в материале или на его поверхности упругих импульсов.
Существующие модели, как правило, пригодны для описания эмиссии в неограниченном пространстве или полупространстве. Но большинство объектов контроля -сосуды давления, резервуары, трубопроводы - тонкостенные. В них явление сложнее вследствие многократных отражений. По этой причине актуально развитие методов анализа сигналов эмиссии в листовых элементах конструкций на основе представлений об излучении и распространении нормальных волн.
Интерпретация спектров и формы сигналов возможна только с учетом акустических свойств образцов и частотных характеристик измерительного тракта. Одновременно на параметрах эмиссии сказываются расстояние до источника, его тип, расположение
представлений геометричекой акустики, согласно которым излучение раскладывается на множество отдельных лучей, найдено решение волновой задачи о действии точечного источника в пластине /133/. Для каждого п-кратно отраженного луча с заданным типом волн в начальном и конечном сегментах найдена своя составляющая суммарного тензора Грина. Исследовались колебания на поверхности над источниками типа сосредоточенной силы, диполя сил или их более сложных комбинаций (таких , например, как центры расширения или вращения), действие которых во времени описывалось ступенчатой функцией со скачкобразным, линейным или параболическим передним фронтом /134/. С каждым приходом первичной или отраженной продольной волны наблюдался скачок нормальных перемещений, а с каждым приходом поперечной волны - скачок перемещений вдоль поверхности. Величина скачков уменьшалась с увеличением количества отражений. Общей характерной чертой всех временных зависимостей являлась периодичность максимумов и минимумов колебаний с шагом 2Н/Сь и 2Н/Сг в зависимости от исследуемой компоненты перемещений (нормальной или вдоль поверхности). Медленным процессам в источнике с линейным или парадолическим изменением во времени значений сосредоточенных сил соответствовали более гладкие сигналы. Как показали расчеты, на расстоянии г = 6Н (где Н -толщина пластины) в зависимости от типа источника амплитуды колебаний после прихода многократно отраженных волн могут превышать величину первого скачка смещений поверхности на порядок (в частности, в случае действия вертикальной поверхностной силы). В исследованиях /133-135/ наглядно продемонстрирована зависимость амплитуды и формы сигнала от типа источника, его расположения по толщине пластины и угла наблюдения.
Проведено сравнение теоретических сигналов с измерениями, выполненными с применением преобразователя с “точечным” контактом и рабочей полосой 0,1+1 МГц (с отклонениями ± 2,5 дБ) /136/. Практически полное сходство их формы доказывает применимость подхода геометричекой акустики (“лучевой теории”) для моделирования упругих волн в пластинах. На основе измерения направленности излучения продольных волн