СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРОЦЕССОВ РАЗРУШЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОМ КОНТРОЛЕ Российский патент 2009 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к области технической диагностики и неразрушающего контроля конструкций с использованием метода акустической эмиссии.

Для метода акустической эмиссии проблемным вопросом является разработка способов оценки процессов разрушения при деформировании конструкций. Известны амплитудный, интегральный, локально-динамический, интегрально-динамический способы оценки процессов разрушения конструкций при акустико-эмиссионном контроле, приведенные в [1]. Данные способы основаны на анализе амплитуды и интенсивности сигналов акустической эмиссии.

Известен способ определения момента времени возникновения предразрывного состояния нагруженного материала [2], заключающийся в том, что регистрируют время t_j возникновения акустико-эмиссионных сигналов от образующихся трещин и по результатам измерения по n последовательным сигналам определяют функцию

а момент времени возникновения предразрывного состояния нагруженного материала определяют по моменту равенства нулю указанной функции при превышении ею перед этим положительного и отрицательного заданных порогов.

Получаемое при реализации этого способа решение не является оптимальным, поскольку при определении предразрушающего состояния в процессе деформирования конструкций не учитываются изменения распределений параметров сигналов акустической эмиссии. Сигналы с параметрами t_j могут возникать при наличии механических шумов, не связанных с акустической эмиссией (работа механизмов и др.).

Недостатки данных способов оценки процессов разрушения конструкций при акустико-эмиссионном контроле обусловлены влиянием на оценки амплитуды и интенсивности сигналов акустической эмиссии механических шумов, предыстории эксплуатации, материала, размеров и формы контролируемых конструкций.

Более близким по технической сущности к заявленному способу является способ оценки процессов разрушения конструкций при акустико-эмиссионном контроле, основанный на оценке изменения характеристик сигналов акустической эмиссии при деформировании конструкций, отличающийся тем, что оценку процессов разрушения при деформировании конструкций производят путем анализа изменения параметров распределений акустической эмиссии, характеризуемых инвариантом

где М [τ²]- математическое ожидание квадрата временных интервалов сигналов акустической эмиссии; М²[τ] - квадрат математического ожидания временных интервалов сигналов акустической эмиссии, при этом величина отклонения I от числа 2 характеризует степень разрушения конструкций [3].

Но в связи с тем, что поступающий с пьезопреобразователя электрический сигнал имеет сложную форму затухающего колебания, недостатком данного способа является сложность выделения временных интервалов импульсов при высокой частоте следования и наложении импульсов акустической эмиссии.

Предлагаемый способ направлен на устранение упомянутых выше недостатков известных способов. Технический результат предлагаемого изобретения - оперативная и более достоверная оценка процессов накопления повреждений и разрушения конструкций при периодическом и постоянном акустико-эмиссионном контроле.

Существо способа заключается в следующем. Установлено, что на ранних стадиях деформирования поток сигналов акустической эмиссии от микроисточников, случайным образом распределенных по объему конструкции, имеет пуассоновский характер. С ростом нагрузки объединение микродефектов в трещину и ее последующее развитие нарушает распределение Пуассона.

Второй начальный момент для случайной величины n, являющейся числом импульсов пуассоновского потока в интервале времени Т:

где М[n] и D [n] - математическое ожидание и дисперсия случайной величины n. Если поток пуассоновский, то

При делении левой части равенства (3) на правую с учетом (4) получают

Таким образом, оценку процессов разрушения при деформировании конструкций производят путем разбиения времени анализа на фиксированные интервалы времени Т, измеряют n на каждом из них, оценивают средние значения числа актов М[n] и их квадратов М[n] по времени анализа и делят математическое ожидание квадрата случайной величины М[n²], являющейся средним числом актов эмиссии на сумму квадрата математического ожидания данной случайной величины и собственно математического ожидания данной случайной величины, и по отклонению частного от единицы судят о наличии развивающихся процессов разрушения.

Отношение (5) является инвариантом, основанным на характерных свойствах пуассоновского потока - ординарности и отсутствии последствия.

На фиг.1 изображена схема для реализации способа.

Устройство работает следующим образом. Сигналы акустической эмиссии поступают в блок вычисления числа импульсов 1, затем в блоках 2, 4 и 3, 5 происходит вычисление n², М[n], M[n²] и М²[n]. В сумматоре 6 вычисляется М [n²]+M²[n]. В делителе 7 вычисляется отношение и сравнивается с числом 1 в блоке 8.

Отклонение отношения (5) от числа 1 характеризует развитие магистральных трещин.

На фиг.2 приведены результаты взаимосвязи значений деформации и инварианта I при нагружении до разрушения силовых элементов конструкций из стали 20: пунктирная кривая 1 - кривая деформирования, кривая 2 - инвариант I, 35-я секунда (ε=0,13) начало образования макротрещин.

Характерное увеличение «разладки» отношения (5) наблюдается при образовании и развитии магистральной трещины, что затруднительно определить существующими способами оценки процессов разрушения конструкций при акустико-эмиссионном контроле.

Справедливость использования предложенного способа для оценки процессов разрушения конструкций подтверждается экспериментальными данными и результатами металлографии.

Преимущества предложенного способа оценки процессов разрушения конструкций при акустико-эмиссионном контроле обусловлены следующим: степень «разладки» определяется только стадией деформирования, не зависит от предыстории нагружения, амплитуды сигналов эмиссии и интенсивности посторонних шумов, что позволяет его использовать при постоянном и периодическом контроле конструкций.

Предложенный способ оценки процессов разрушения позволяет определить кинетику накопления повреждений и предотвратить разрушение конструкций ответственного назначения из сталей, сплавов алюминия, композитов, сварных швов.

Источники информации

1. Правила организации и проведения акустико-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов (ПБ 03-593-03). СПб.: Издательство ДЕАН, 2004. - 64 с.

2. Патент РФ №2063028. Способ определения момента времени возникновения предразрывного состояния нагруженного материала / Петров В.А., Красильников А.З. // 1996, БИ №18.

3. Патент РФ №2233444. Способ оценки процессов разрушения конструкций при акустико-эмиссионном контроле/ Попов А.В. //2003, БИ №21.

Использование: для неразрушающего контроля конструкций. Сущность заключается в том, что оценку процессов разрушения при деформировании конструкций производят путем разбиения времени анализа на фиксированные интервалы, измеряют количество актов эмиссии на каждом из этих интервалов оценивают средние значения числа актов и их квадратов по времени анализа и делят математическое ожидание квадрата случайной величины, являющейся средним числом актов эмиссии, на сумму квадрата математического ожидания данной случайной величины и собственно математического ожидания данной случайной величины и по отклонению частного от единицы судят о наличии развивающихся процессов разрушения. Технический результат: обеспечение оперативной и более достоверной оценки процессов накопления повреждений и разрушений конструкций при периодическом и постоянном акустико-эмиссионном контроле. 2 ил.

Способ оценки процессов разрушения конструкций при акустико-эмиссионном контроле, основанный на оценке изменения характеристик сигналов акустической эмиссии при деформировании конструкций, отличающийся тем, что оценку процессов разрушения при деформировании конструкций производят путем разбиения времени анализа на фиксированные интервалы, измеряют количество актов эмиссии на каждом из этих интервалов, оценивают средние значения числа актов и их квадратов по времени анализа и делят математическое ожидание квадрата случайной величины, являющейся средним числом актов эмиссии на сумму квадрата математического ожидания данной случайной величины и собственно математического ожидания данной случайной величины, и по отклонению частного от единицы судят о наличии развивающихся процессов разрушения.