Обработка и интерпретация данных акустической эмиссии и электронной микроскопии для оценки повреждаемости металлов

• Автор: Петерсен, Татьяна Борисовна
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с.

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Решение задач, способствующих повышению надежности и обеспечению безопасной эксплуатации конструкций неразрывно связано с проблемой контроля целостности материала конструкций.
Повышение интереса к данной проблеме в последнее время определяется увеличением сроков и расширением условий эксплуатации материала
конструкций, а также возрастанием требований к соблюдению экологической безопасности работы объектов. Все эти факторы вызывают необходимость разработки надежных методов контроля разрушения и критериев
прогнозирования работоспособности материала.
Развитие методов контроля разрушения идет по трем основным направлениям: первое связано с развитием теоретических представлений о процессе разрушения, объединяющих физико-химические и механические подходы к решению проблемы; второе - с совершенствованием
инструментальных средств неразрушающего контроля; третье включает разработку методов анализа эмпирической информации. До недавнего времени основное внимание уделяли решению задач, связанных с двумя первыми направлениями, благодаря чему в этих вопросах достигнут значительный прогресс. Для расчета конструкций успешно используются подходы линейно-упругой и упруго-пластической концепций механики разрушения; механизмы разрушения исследуются в рамках представлений физики разрушения; для осуществления контроля разрабатываются методы дефектоскопии, позволяющие оценивать характеристики дефектов. В условиях, когда теоретическая и экспериментальная базы для контроля разрушения в целом можно считать сформированными, особое значение при принятии решения начинают приобретать вопросы, связанные с обработкой и интерпретацией информации, получаемой в результате применения методов

неразрушающего контроля. В первую очередь это относится к вопросам выбора эффективных методов контроля, решения задач повышения информативности данных и поиска физически обоснованных критериев оценки работоспособности материалов и, в конечном итоге, повышения достоверности и надежности результатов контроля.
Настоящая работа посвящена проблемам анализа, обработки и интерпретации информации при решении актуальной задачи оценки повреждаемости металла. Особое внимание уделено проблеме развития усталостных повреждений. Это связано с тем, что в современных технических приложениях циклические нагружения встречаются гораздо чаще, чем статические и квазистатические. В соответствии с существующими представлениями о накоплении усталостных повреждений [1-4], задача оценки целостности материала разбита на две части: первая включает в себя оценку повреждаемости на начальной стадии зарождения, развития и накопления микротрещин, вторая - анализ зарождения и роста макротрещины вплоть до достижения ею критического размера и начала катастрофического разрушения.
В связи с различием механизмов разрушения и масштабов дефектов на различных стадиях разрушения, в работе использовались различные методы контроля и обработки данных. Для решения задачи оценки целостности материала на стадии роста макротрещины использовался подход линейно -упругой механики разрушения, изучающей макроскопические дефекты, размеры которых намного превышают размер пластической зоны вокруг дефекта. В качестве инструментального метода неразрушающего контроля стадии роста макротрещины применялся метод акустической эмиссии (АЭ), главным преимуществом которого по сравнению с другими методами дефектоскопии является возможность локализации дефектов, развивающихся в труднодоступных областях конструкции. Основное внимание в работе уделялось проблемам обработки и систематизации акустико-эмиссионной информации и интерпретации результатов обработки.

Для оценки множественной повреждаемости на начальной стадии разрушения использовались статистические методы анализа данных, получаемых средствами электронной микроскопии. Необходимость привлечения альтернативных методов контроля и обработки информации обусловлена прежде всего ограничениями, связанными с чувствительностью АЭ метода контроля по отношению к уровню и скорости выделения энергии при разрушении материала. В случае когда, выделяемая энергия сигналов АЭ лежит ниже порога чувствительности аппаратуры, например, при анализе развития микроповреждений и исследовании медленных процессов разрушения, требуются специальные средства контроля. Кроме того, поведение микротрещин не всегда можно адекватно описать в рамках линейно - упругого подхода[1,2], а статистический характер развития микротрещин не позволяет использовать детерминистские законы механики разрушения для описания стадии накопления микроповреждаемости.
Таким образом, при исследовании поведения материала на различных стадиях усталостного разрушения был предпринят подход, включающий использование различных теоретических методов анализа, инструментальных методов контроля, а также способов обработки информации.
Настоящая работа включала в себя решение следующих основных задач:
- анализ условий применения акустико-эмиссионного метода контроля и метода электронной микроскопии для осуществления диагностики повреждений на различных стадиях разрушения;
- анализ различных способов обработки информации при решении задач АЭ-контроля;
- разработку алгоритмов и программ для осуществления автоматической классификации источников сигналов;
- исследование задачи восстановление первоначальной формы сигнала акустической эмиссии.

сигнала составляет 54 дБ. Прибор содержит от одного до четырех регистрирующих каналов.
Предусмотрены аналоговые каналы для регистрации дополнительных параметров, характеризующих нагружение, таких как давление , температура и другие.
Основной несущей конструкцией комплекта аппаратуры является крейт КАМАК КМ-300 с информационной магистралью, блоками питания, вентиляцией и контроллером. Электронные блоки, входящие в состав аппаратуры за исключением выносных предварительных усилителей, выполнены в конструктиве КАМАК и расположены в одном крейте.
В состав комплекта аппаратуры АЭ-системы входят следующие блоки:
- Блок предварительного усилителя ПУВЧ-10 , имеющий коэффициент усиления 100, полосу пропускания по уровню - ЗдБ - 100-1000 кГц, ослабление вне полосы пропускания в области нижней частоты среза - 40 дБ на октаву.
- Блок предварительной обработки БП02-3 с полосой пропускания 100-1000 кГц, коэффициентом усиления от 19 до 60 дБ.
- Блок коммутации групп БКГ8-2 предназначен для выбора и подключения одной из восьми групп измерительных каналов к блоку БЦД, обеспечивающему кодировку АЭ информации.
- Блок цифровых данных (БЦД) обеспечивает определение и кодирование РВП сигналов; в одном из каналов производит измерение параметров АЭ сигнала; выполняет предварительный отбор сигналов ( отстройку от помех).
Блок контроля вспомогательных параметров - система одинадцати раз рядных аналого-цифровых преобразователей БПА-А2. Реализована возможность контроля параметра при работе в условиях циклических испытаний.
- Блок возбуждения излучателя БВИ позволяет имитировать сигналы АЭ с помощью акустического излучателя, путем формирования заданного числа