СПОСОБ АКУСТИКО-ЭМИССИОННОГО КОНТРОЛЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2012 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля строительных материалов, в частности, к средствам неразрушающего контроля, основанного на анализе сигналов акустической эмиссии.

Областью применения изобретения является обнаружение изменений внутренней структуры строительных материалов, в том числе - изменений внутренней структуры наномодифицированных и наноструктурированных строительных композитов.

Выделение скалярных структурно-чувствительных критериев, связанных с первичной акустико-эмиссионной информацией, является одной из наиболее сложных задач, решение которой особенно важно для контроля качества ответственных изделий, изготовленных из композиционных строительных материалов, в том числе из наномодифицированных и наноструктурированных композиционных строительных материалов.

Способы анализа первичной акустико-эмиссионной информации (целью которых, в частности, является выделение скалярных структурно-чувствительных акустико-эмиссионных критериев) могут учитывать характерные особенности объекта исследования (в частности, временную связь момента перехода дискретной акустической эмиссии в непрерывную и момента разрушения образца), режим испытания и характеристики электроакустического тракта измерительного оборудования.

Существующей нормативной литературой (в частности, ГОСТ 27655-88 «Акустическая эмиссия. Термины, определения и обозначения») оговариваются только термины, относящиеся к первичной акустико-эмиссионной информации. Аналогичная информация обобщается в работах, которые в настоящее время исследователями в области акустической эмиссии де-факто приравниваются к нормативной литературе (см., например: Грешников В.А.Акустическая эмиссия. Применение для испытаний материалов и изделий [Текст]/В.А.Грешников, Ю.Б.Дробот.- М.: Изд-во стандартов, 1976. - 272 с.).

Известен способ анализа сигнала акустической эмиссии (пат.США 2007/0282545 «Probabilistic stress wave analysis system and method»), в соответствии с которым из первичного акустико-эмиссионного сигнала выделяют характеристические признаки, применяют к ним методы дескриптивной статистики, а в качестве скалярных критериев принимают точечные оценки моментов распределений, которым подчинены характеристические признаки, причем регистрацию первичной информации осуществляют в режимах нормальной и текущей эксплуатации. Недостатками способа являются:

- необходимость использования двух режимов измерений;

- слабая корреляция моментов (в особенности - моментов высших порядков) с физико-механическими показателями композиционных материалов.

Известен способ (пат. РФ 2315993 «Акустоэмиссионный способ контроля электропроводящего изделия») акустико-эмиссионного контроля, в соответствии с которым осуществляют подвод тока к изделию, увеличивают плотность тока до возникновения непрерывной акустической эмиссии, после чего определяют характерную прочность изделия, при этом используют значение плотности тока в момент перехода непрерывной акустической эмиссии в дискретную акустическую эмиссию при уменьшении тока. Недостатком способа является возможность контроля только электропроводящих изделий, обусловленная способом возбуждения акустической эмиссии.

Известен способ (пат. РФ 2270444 «Способ неразрушающего контроля прочности изделий»), в соответствии с которым равномерно или ступенчато равномерно нагружают изделие и регистрируют число импульсов акустической эмиссии и их амплитуды в процессе нагружения, при этом дополнительно определяют суммарную амплитуду импульсов акустической эмиссии, определяют отношение логарифмов суммарных амплитуд в заданные моменты времени, определяют закон распределения числа импульсов акустической эмиссии по амплитудам с одновременным определением номинальных напряжений в контролируемой зоне изделия, по результатам испытаний определяют параметр состояния материала контролируемого изделия по математической формуле. Недостатками предлагаемого решения являются:

- неоднозначность в выборе режима нагружения;

- неоднозначность определения параметра «суммарная амплитуда»;

- необходимость локального контроля напряженного состояния объекта;

- отсутствие единого критерия, на основании значения которого можно сделать вывод о достижении предельного нагружения в процессе неразрушающих испытаний.

Целью изобретения является разработка способа акустико-эмиссионного контроля, привлекающего скалярные критерии, находящиеся в тесной корреляционной связи с физико-механическими показателями композиционных материалов, при этом значения указанных критериев должны позволять прогнозировать степень опасности дефектов композита.

Поставленная цель достигается тем, что первичная акустико-эмиссионная информация, регистрируемая в полосе частот 20…200 кГц, регистрируется в процессе нагружения объекта исследования, представляющего собой образец-кубик размером 20×20×20 мм, причем нагружение выполняется при постоянной скорости линейной деформации 5 мкм/с, при этом нагружение прекращают при достижении времени 1,1 t_dc, где t_dc - момент начала регистрации непрерывной акустической эмиссии, причем классификацию дискретной и непрерывной акустической эмиссии выполняют управляющей программой, после чего выполняют усреднение активности акустической эмиссии по времени от 0 до 0,8 t_dc и от 0,8 t_dc до t_dc, скалярный критерий вычисляют как произведение четырех на отношение второго среднего к первому, заключение о степени опасности дефектов материала выполняют на основе сравнения полученного безразмерного скалярного критерия с единицей, при этом дефекты классифицируются как опасные в том случае, если значение критерия меньше единицы.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения являются:

- прекращение нагружения после начала регистрации непрерывной акустической эмиссии;

- использование при вычислении скалярного критерия в качестве первичного признака числа импульсов акустической эмиссии (активности) без учета амплитуды импульсов;

- использование временной границы 0,8 t_dc.

Прекращение нагружения после начала регистрации непрерывной акустической эмиссии позволяет избежать разрушения образца. Это дает возможность провести серию последовательных испытаний, в частности, с целью исследования эффектов, подобных эффекту Кайзера.

Использование при вычислении скалярного критерия в качестве первичного признака только числа импульсов акустической эмиссии позволяет сформулировать критерий, находящийся в тесной корреляционной связи (коэффициент корреляции - до 0,7) с пределом прочности при сжатии.

Временная граница 0,8 t_dc отделяет преобладающее развитие опасных дефектов - дефектов, которые с наибольшей вероятностью проявляются источниками макроскопических трещин.

Использование: для акустико-эмиссионного контроля композиционных материалов. Сущность заключается в том, что выполняют регистрацию первичной акустико-эмиссионной информации в полосе частот 20…200 кГц, классификацию дискретной и непрерывной акустической эмиссии, усреднение активности акустической эмиссии и вычисление скалярного критерия, при этом первичная акустико-эмиссионная информация регистрируется в процессе нагружения объекта исследования, представляющего собой образец-кубик размером 20×20×20 мм, причем нагружение выполняется при постоянной скорости линейной деформации 5 мкм/с, при этом нагружение прекращают при достижении времени 1,1 t_dc, где t_dc - момент начала регистрации непрерывной акустической эмиссии, классификацию дискретной и непрерывной акустической эмиссии выполняют управляющей программой, после чего выполняют усреднение активности акустической эмиссии по времени от 0 до 0,8 t_dc и от 0,8 t_dc до t_dc, скалярный критерий вычисляют как произведение четырех на отношение второго среднего к первому, заключение о степени опасности дефектов материала выполняют на основе сравнения полученного безразмерного скалярного критерия с единицей, при этом дефекты классифицируются как опасные в том случае, если значение критерия меньше единицы. Технический результат: обеспечение возможности разработки способа акустико-эмиссионного контроля, привлекающего скалярные критерии, находящиеся в тесной корреляционной связи с физико-механическими показателями композиционных материалов, при этом значения указанных критериев позволяют прогнозировать степень опасности дефектов композита.

Способ акустико-эмиссионного контроля композиционных материалов, включающий регистрацию первичной акустико-эмиссионной информации в полосе частот 20…200 кГц, классификацию дискретной и непрерывной акустической эмиссии, усреднение активности акустической эмиссии и вычисление скалярного критерия, отличающийся тем, что первичная акустико-эмиссионная информация регистрируется в процессе нагружения объекта исследования, представляющего собой образец-кубик размером 20×20×20 мм, причем нагружение выполняется при постоянной скорости линейной деформации 5 мкм/с, при этом нагружение прекращают при достижении времени 1,1 t_dc, где t_dc - момент начала регистрации непрерывной акустической эмиссии, классификацию дискретной и непрерывной акустической эмиссии выполняют управляющей программой, после чего выполняют усреднение активности акустической эмиссии по времени от 0 до 0,8 t_dc и от 0,8 t_dc до t_dc, скалярный критерий вычисляют как произведение четырех на отношение второго среднего к первому, заключение о степени опасности дефектов материала выполняют на основе сравнения полученного безразмерного скалярного критерия с единицей, при этом дефекты классифицируются как опасные в том случае, если значение критерия меньше единицы.