Акустико-эмиссионный контроль прочности керамических элементов строительных конструкций

• Автор: Бормоткин, Владимир Олегович
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 87 с. : ил.

и ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ВД, Цель работы и ее актуальность
В.2. Выбор направления работы и ее содержание,
1. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
1.1. Краткие сведения об исследованных в работе керамиках,,.?
1.2. Методика регистраций параметров акустической эмиссии».И
1.3. Методика иопытаний при комнатной температуре
1.4. Методика высокотемпературного изгиба
2. ОБОСНОВАНИЕ НОВЫХ СПОСОБОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ КЕРАМИКИ
2.1. Акустическая эмиссия при нагружении керамического изделия
2.2. Неразрушающий контроль кратковременной прочности
2.3. Определение максимальной неразрушающей нагрузки
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ КЕРАМИКИ С ПОМОЩЬЮ АКУСТИЧЕСКОЙ
эмиссии . А?
3.1. Вариации разрушающего и неразрушающего напряжения при изменении направления изгиба изделия
3.2. Влияние температуры на значение максимальной неразрушающей нагрузки
3.3. Длительная прочность при комнатной температуре
3.4. Длительная прочность при повышенной температуре
3.5. Рекомендаций по оценке длительной прочности конкретного изделия
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
В.1. Цель работы и ее актуальность
Акустическую эмиссию /АЭ/, т.е. испускание объектом акустических волн при нагружений широко используют для качественной [23*39] и количественной [33,41] оценки прочности конкретного изделия. Но в литературе нет сведений об использовании АЗ для оценки долговечности керамических изделий при заданном режиме нагружения. Этот вопрос часто встает при оценке остаточного ресурса кирпичных стен старинных зданий и сооружений /или находящихся в аварийном состоянии/. Оценка ресурса керамических элементов, работающих при высоких температурах, например, в футеров-ках обжиговых и плавильных печей требует исследования влияния температуры на долговечность. Совершенствование технологии керамических изделий привело к увеличению их габаритов, стоимости и ответственности. Пример тому - трехметровые стеновые блоки, двухметровые опорные стержневые изоляторы и разрядники, оболочки глубоководных буев, мощные карбидкремняевые нагреватели и т.д.
Плазменное напыление окислов позволяет защищать тонким керамическим слоем большие поверхности металлоконструкций, например, стартовых установок. Увеличение ассортимента и тоннажа керамических элементов строительных конструкций обусловлено высокой стойкостью керамики против кавитации, коррозии, радиации, мороза и огня, разнообразием физических свойств, высокой прочностью при сжатии и т.д.
Оценка ресурса конкретного керамического изделия неразрушающими методами актуальна не только для строительных конструкций, но и в других областях техники. В частности, изготовление частей газотурбинного агрегата и повышение его рабочей температуры при-

водят к увеличению коэффициента полезного действия с 26 до 33 % [28,54], позволяет делать агрегат неохлаждаемым [59], снижать массу и повышать экономичность, уменьшая расход дефицитных материалов Со) и используя низкосортное топливо.
Цель настоящей работы - совершенствование неразрушаадих акустико-эмиссионных способов количественной оценки кратковременной и длительной прочности керамики, а также их проверка при высокотемпературном изгибе. Решение этой задачи позеолит заменить выборочный контроль керамических элементов их индивидуальной разбраковкой по прочности или по ресурсу с учетом режима предстоящей работы. Традиционные методы дефектоскопии, направленные на оценку исходной дефектности, не могут решить такой задачи, так
как- при эксплуатации изделия возможно изменение размеров и фор
мы дефекта, ответственного за отказ. Метода же, основанные на регистрации АЭ, позволяет без сканирования обнаружить дефекты по всему объему изделия, а также наблюдать динамику развития как локального повреждения, так и рассосредоточенного. Замена выборочного контроля прочности индивидуальным для керамических изделий особенно актуальна из-за большого разброса прочностных показателей. В частности, разброс долговечностей керамических элементов, изготовленных из одного сырья и по одной технологии, при стационарном режиме нагружения превышает 6 порядков [17].
В.2. Выбор направления работы и ее содержание
Акустико-эмиссионная аппаратура, преобразующая акустические колебания поверхности изделия* в электрические сигналы, сильно искажает параметры акустических сигналов [бО]. Кроме того, электрический сигнал АО зависит от расстояния между источником АЭ и
* Использованы термины ГОСТ 276555-88 "Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения".
фекта, б - номинальное напряжение /нормальное -рис.18-1 - или касательное - ршс.18-П и Ш/. Нагрузка LQ, при которой начинается развитие дефекта, отвечает пороговому значению KQ коэффициента К. Б линейном напряженном состоянии максимальное в изделии напряжение, рассчитанное по 1*о без учета нарушения сплошности материала, принимают [26] за предел длительной прочности 60. Развитие дефекта происходит со скоростью а, являющейся функцией К. Начало зависимости <*(К) хорошо описывается степенной зависимостью
а « В(К) , /2
в затем наблюдается временная стабилизация Ы , т.е, плато /рис.19а/.
Медленное развитие дефекта переходит в катастрофическую стадию при критическом значении Кс коэффициента К. По этой причине максимальная нагрузка которую выдерживает изделие при монотонном нагружении с С = const /или б = const /до разрушения, может быть функционально связана [43] с U . Условие такой связи: катастрофическое разрушение подготавливается развитием превалирующего дефекта без случайного взаимодействия с другими.
Старт и развитие трещин большой длины происходит при напряжениях, не достаточных для микрорастрескивания вне зоны фронта дефекта. В этом случае зависимость скорости счета N АЗ от коэффициента интенсивности напряжений К с точностью до постоянного множителя совпадает [51,52,53] с зависимостью б(К) - см.рис.19.
А при нагружении керамического изделия постоянной скоростью рос-
О б ь
та нагрузки L изменение М во времени или зависимость N от на-
грузки L подобна [35] зависимости а(к) - см.рис.19. Если один дефект начинает развиваться раньше, например, сдвигом, а другей

позже и отрывом, то зависимость N (.L) состоит ка; . гг'.д:
участков, каждый из которых под®-ев рис.19а. лрк аде;.- ,х: