Физико-механические и статистические аспекты акустико-эмиссионной диагностики предразрушающего состояния

• Автор: Буйло, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07, 01.02.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 279 с. : ил.

Введение.

Акустическая эмиссия и ес связь с процессами деформации и деструкции твердых тел

1.1. Механизм элементарного

акта акустической эмиссии

1.2. Дислокационные источники и

механизмы акустической эмиссии

1.3. Акустическое излучение в процессе зарождения

и роста трещин

1.4. Физикомеханическая природа акта акустической эмиссии при переходе скопления дислокаций через границу.

Связь амплитуды излучения со скоростью деформации .

1.5. Связь выборочных функций распределения прочности и долговечности с количеством актов акустической эмиссии
1.6. Связь параметров акустического излучения растущей трещины с коэффициентом интенсивности напряжений и типом напряженнодеформированного состояния
Вопросы информативности и достоверности оценки регистрируемых параметров.
2.1. Информативные параметры акустической эмиссии и их связь со случайным характером процессов
структурных изменений в твердых телах
2.2. Концепция определения информативных признаков акустической эмиссии
2.3. Вероятностноинформационные аспекты оценки достоверности результатов физического эксперимента, неразрушающего контроля и диагностики .
Количественное восстановление потока структурных изменений по регистрируемым сигналам
сопутствующей эмиссии
3.1. Пуассоновский поток как модель описания последовательности актов структурных изменений в процессах кристаллизации, деформации и разрушения тел
3.2. Оценка средней длительности регистрируемых импульсов акустической эмиссии.
3.3. Методы восстановления потока актов излучения внутри тела по регистрируемым сигналам эмиссии
на его поверхности.
3.4. Экспериментальное моделирование пуассоновского потока.
Оценка искажения и точности восстановления
потока актов эмиссии.
3.5. Сравнение достоверности существующих методов измерения
и метода восстановления потока актов эмиссии
3.6. Метод и результаты восстановления количества потерянных актов структурных преобразований с амплитудами сопутствующей эмиссии ниже порога дискриминации при изменении динамического диапазона регистрируемых сигналов.
Использование статистических моделей для повышения достоверности оценок спектральных, энергетических и амплитудных параметров акустического излучения при изменении структуры тела
4.1. Применение модели пуассоновского потока для восстановления спектральной плотности эмиссии.
Оценка длительности и энергии акта излучения
4.2. Диагностика стадий деформации по энергетическим и временным параметрам акта эмиссии. Достоверность оценки спектральной плотности, мощности и энергии акта АЭ
4.3. Общий вид и параметры амплитудного распределения эмиссии
в процессе деформации твердых тел.
4.4. Плотность амплитудного распределения акустического излучения при разрушении микрообъема твердого тела
4.5. Использование степенной модели пуассоновского потока для учета искажения амплитудного распределения эмиссии.
Причины и условия появления ложных амплитудных максимумов
4.6. Достоверность оценки вида амплитудного распределения эмиссии и аппаратурная реализация метода ее повышения
4.7. Применение степенного вида амплитудного распределения эмиссии для прореживания потока триангуляционных серий импульсов при высокой интенсивности источника
4.8. Диагностика предразрушающего состояния по анализу формы амплитудного распределения сигналов эмиссии
Идентификация стадий деформации и разрушения по параметрам восстановленного потока актов акустической эмиссии. Экспериментальная оценка критерия
разрушения по данным эмиссии
5.1. Стадийность процессов деформации и разрушения твердых тел
5.2. Идентификация стадий деформации и разрушения по положению особых точек
восстановленного потока актов эмиссии.
5.3. Диагностика стадий разрушения по положению переломов кривой потока актов сопутствующей эмиссии
5.4. Задача оценки концентрации повреждений по положению нижнего перелома кривой потока актов эмиссии
случай одной особой точки.
5.5. Задача оценки концентрации повреждений по положению нижнего и верхнего переломов кривой потока актов эмиссии случай двух особых точек. Диагностика предразрушающего состояния в рамках концентрационного критерия
5.6. Диагностика предразрушающего состояния по амплитудным
и временным инвариантам потока актов акустической эмиссии.
5.7. Информативность прореженных потоков актов эмиссии
Реализация разработанных моделей, алгоритмов п методов АЭ диагностики предразрушающего состояния
при механическом и тепловом воздействии
6.1. Акустикоэмиссионная диагностика состояния Царьколокола
6.2. Акустикоэмиссионная диагностика теплозащиты
первого отечественного космического самолета Буран.
6.3. Применение метода акустической эмиссии к исследованию воздействия среды водорода на свойства материалов .
6.4. Аппаратурная реализация полученных результатов
6.5. Диагностика долговечности титановых лопаток авиационных двигателей по потоку актов акустической эмиссии
6.6. Акустикоэмиссионный контроль и диагностика
опасных динамических явлений в угольном пласте.
6.7. Возбуждение акустической эмиссии лазерным излучением для исследования структурных изменений
в композитах и полимерах.
6.8. Совмещенная термогравиметрическая и акустикоэмиссионная диагностика стадий термодеструкции веществ и материалов
Заключение
Литература


Представление о дислокациях в атомной структуре было введено в х годах прошлого века Тейлором, Орованом и Поляни для объяснения большого различия между прочностью реальных тел и теоретической прочностью идеальных материалов. Дислокации бывают краевые, винтовые и смешанные. Наиболее простой вид имеет краевая дислокация, которая может быть представлена линией, отделяющей в кристалле вставленную лишнюю атомную полуплоскость. Линейные дефекты способны двигаться через кристаллическую решетку намного быстрее, чем другие типы дефектов. Они вызывают деформации и могут взаимодействовать с другими дефектами. Движение дислокации с высокой скоростью при наличии локальных полей напряжения вокруг нее должно сопровождаться генерацией упругих импульсов. Согласно Коттреллу 1 нарушение правильности расположения атомов создает у центра дислокации менее плотную упаковку, что приводит к возрастанию удельного объема в этой области. V меняются с частотой ул, где а параметр решетки в направлении движения дислокации. Это приводит к возникновению упругой волны с частотой . Вместе с тем проведенный Гиллисом 8 качественный анализ возможных дислокационных механизмов акустического излучения показал, что излучение при простом движении единичной дислокации должно быть крайне низким. Это объясняется тем, что упругая энергия дислокации медленно меняется с изменением ее положения в кристалле и существенно меняется только в непосредственной близости от какоголибо препятствия. Совместное однородное движение многих дислокаций с одинаковой скоростью может давать акустическое излучение обнаруживаемого уровня. В.Д. Нацик с сотр. Установлено, что в момент, перехода через границу резко перестраивается упругое поле дислокации, в результате чего поле как бы отрывается от нее и распространяется через кристалл в виде звукового импульса. Излучение по механизму Нацика возможно при переходе любой границы разрыва упругих модулей, например в случае выхода дислокации на поверхность кристалла, при переходе границ зерен в поликристаллах и т. В работе 5 им построена общая теория переходного звукового излучения. Согласно этой теории для изотропной среды излучение в общем случае состоит из продольных и поперечных объемных и поверхностных рэлеевских волн. Основной вклад в излучение дает возмущение ядрами дислокаций, выходящих на поверхность. В работе нами рассмотрена модель акустического излучения скопления дислокаций при его переходе через границу. Получена зависимость амплитуды акта АЭ от скорости деформации и частоты нагружения модель и результаты более подробно описаны в разделе 1. Описан метод корректировки параметров регистрируемого потока при различном пороге дискриминации, частоте и скорости нагружения. Показана возможность повышения точности и достоверности оценки потока актов АЭ путем приведения результатов измерения в разных условиях к какомулибо единому рефсренсному уровню порога дискриминации. Предложен метод оценки динамического диапазона по среднему значению регистрируемых амплитуд сигналов АЭ. Болес подробно метод восстановления потерянных актов АЭ ниже порога дискриминации описывается в разделе 3. Акустическое излучение достаточно высокого уровня проявляется и в процессе двойникования , 8. Поскольку двойникование приводит к существенным локальным формоизменениям кристалла, оно должно сопровождаться возникновением упругих волн. Бойко и Р. И. Гарбер с сотр. Ими установлена однозначная связь между входом и выходом скопления двойникующихся дислокаций на поверхность кристалла кальцита и появлением акустического сигнала. Возникновение акустического излучения возможно также при аннигиляции пар дислокаций 8, работе источника Франка Рида 6, при структурных фазовых переходах кооперативного типа мартенситные реакции 6. В. М. Баранов с сотр. Установлен существенный вклад в это явление процессов, связанных с пластическим деформированием металла в поверхностном слое торможением движения и выходом дислокаций и двойников на поверхность. Энергетические параметры некоторых возможных дислокационных механизмов АЭ приведены в 6. Эти оценки довольно приближенные.