Способ прогнозирования прочности материалов и изделий Советский патент 1991 года по МПК G01N29/14 

Изобретение относится к диагностике механического состояния материала и конструкций акустико-эмиссионным методом и может быть использовано для прогнозирования разрушающей нагрузки при их силовом нагружении.

Известен способ контроля качества, применяемый для стекловолокнистых емкостей, заключающийся в том, что при нагружении изделия регистрируют общее количество импульсов акустической эмиссии (АЭ) в процессе нагружения до нагрузки Pi, затем выдерживают изделие при этой постоянной нагрузке и регистрируют время (установившихся значений импульсов АЭ, повторно нагружают изделие и регистрируют нагрузку, при которой количество сигналов АЭ равняется накопленному при

первичном нагружении, вычисляют коэффициент F Р2/Р1.

О качестве изделия судят по критериям: общее количество накопленных импульсов; число амплитуд, превышающих определенную величину, значения t, F.

Недостатком этого способа является отсутствие количественного учета всех амплитуд сигналов АЭ, превышающих порог регистрации, в т.ч, и отсутствие учета их затухания в материале изделия. Отсутствует также количественная связь параметров с разрушающей нагрузкой.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля качества, заключающийся в том, что изделие нагружают до испытательной нагрузки и в процессе нагружения производят регистрацию интенсивности сигналов акустической эмиссии (N),

ю

00

2

СО

затем изделие выдерживают при величине нагрузки, равной испытательной, регистрируют сигналы акустической эмиссии при этой нагрузке, вычисляют сумму (N) сигналов акустической эмиссии, зарегистрированных в процессе выдержки, и скорость спада (а) суммы сигналов акустической эмиссии в течение времени выдержки, а о прочности изделия судят по разрушающей г нагрузке, которую определяют по зависимости

р В(1)

1 + В2 N + Вз N + В4/( 1 + Вб )/« где Р - разрушающая нагрузка; ч Bi, 62, Вз, В4, ВБ- эмпирический коэффициенты.

Недостатком данного способа является невысокая точность контроля качества, обусловленная невысокой достоверностью значений интенсивности (Л) сигналов акустической эмисии и параметра а.

Вызвано это влиянием шумов нагруже- жля, влияниями неинформативных источников акустической эмисии и неравномерности скорости нагружения изделия.

Цель изобретения - повышение точности контроля и обеспечение большей надежности материалов и изделий за счет повышения достоверности прогнозирования их несущей способности при нагрузках значительно ниже разрушающих.

Поставленная цель достигается тем, что материал или изделие нагружают до испытательной нагрузки, выдерживают изделие под постоянной испытательной нагрузкой, определяют суммы сигналов акустической эмиссии на начальном этапе, нагружения, составляющем от 30 до 50%, и конечном этапе, составляющем от 70 до 90% от испытательной нагрузки, на начальном этапе выдержки, составляющем от 10 до 30%, и конечном этапе, составляющем от 70 до 90% от интервала выдержки, определяют коэффициент затухания ультразвуковых колебаний в материале изделия на резонансной частоте преобразователя сигналов акустической эмиссии, а разрушающую нагрузку материала или изделия определяют по зависимости

,, + &4/(eW-N4)/f 0)

где Р - разрушающая нагрузка;

Ni.Na - суммы сигналов акустической эмиссии соответственно, на начальном этапе нагружения, составляющем от 30 до 50%, и конечном этапе, составляющем от 70 до 90% от испытательной нагрузки;

№,N4 - суммы сигналов акустической

эмиссии соответственно на начальном этапе выдержки, составляющем от 10 до 30%, и конечном этапе, составляющем от 70 до. 90% от интервала выдержки;

N - сумма сигналов акустической эмиссии, накопленная за время выдержки изделия под постоянной нагрузкой;

/3- коэффициент затухания ультразвуковых колебаний в материале на резонансной частоте (f) преобразователя сигналов акустической эмиссии;

В1,В2,Вз,В4 - эмпирические коэффициенты зависящие от конструкциионного материала и конструкции изделия.

Для реализации способа используется

готовое изделие из извертного материала с известными свойствами, а также любое устройство, которое применяется для нагружения материала или изделий, и любая аппаратура, применяемая для регистрации

параметров акустической эмиссии.

Способ реализуют следующим образом. К изделию (материалу) крепятся пьезоа- кустические преобразователи, которые подключены к аппаратуре, регистрирующей

параметры акустической эмиссии.

Изделие нагружают до испытательной нагрузки, затем выдерживают изделие при этой нагрузке в течение определенного времени.

В процессе нагружения и выдержки изделия под постоянной нагрузкой регистрируют количествосигналов акустической эмиссии.

Определяют суммы сигналов акустической эмиссии: NI, N2 - на начальном этапе нагружения изделия, составляющем от 30 до 50%, и конечном этапе, составляющем от 70 до 90% испытательной нагрузки соответственно; Ns, N4 - на начальном этапе выдержки изделия под постоянной нагрузкой, составляющем от 10 до 30%, и конечном этапе, составляющем от 70 до 90% от интервала выдержки соответственно; N - накопленная за интервал выдержки изделия под

постоянной нагрузкой.

Снимают нагрузку с изделия, отстыковывают преобразователи акустической эмиссии.

Нагружают изделие до его разрушения

и регистрируют разрушающую нагрузку Р. Проводят такую процедуру (нагружение изделия, регистрация параметров акустической эмиссии, разрушение изделия) на 10 шт. изделий.

Составляют систему уравнений, подставляя в уравнение (1) измеренные параметры Pi, NH, N21, N31, N41, NI. Подставляют в эти уравнения также значения /J и f, где / - коэффициент затухания ультразвуковых колебаний в материале изделия на резонансной частоте f преобразователя сигналов акустической эмиссии. Последняя берется из паспорта на аппаратуру, используемую для регистрации параметров акустической эмиссии. Значение /5 измеряют по известной методике.

Решая полученную систему уравнений методом наименьших квадратов, находят значение коэффициентов Bi, 82, Вз, В4. Подставляют найденные значения коэффициентов, а также значения /3 и f в уравнение (1), получают уравнение прогноза давления разрушения для данного вида изделий.

Чтобы спрогнозировать давление разрушения изделия данного вида его нагружают и регистрируют параметры акустической эмиссии как указано выше. Затем подставляют измеренные параметры акустической эмиссии в уравнение прогноза и определяют (прогнозируют) давление разрушения данного изделия. По давлению разрушения судят о качестве изделия.

Способ был опробован на изделии, которое представляло собой шаровой сегмент, конструкционный материал-орто- тропный стеклопластик. Затухание ультразвука в материале составляло 0,45 - 0,85 дБ/см в диапазоне частот 100-380 кГц. Испытательное давление изделия составляло 55% от максимальной разрушающей нагрузки. Среднеквадратная погрешность прогноза разрушающей нагрузки не превышала ±3,3%.

Способ был также опробован при испытании емкостей из сплава АМг-6. Испытательное давление изделия составляло 40% от максимального разрушающего. Погрешность прогнозирования разрушающей нагрузки не превышала ±4%.

Способ позволяет повысить достоверность контроля прочностных характеристик конструкцио нных материалов и изготовленных из них изделий, дает возможность прогнозировать разрушающую нагрузку и тем

самым отбраковывать некачественные изделия, что имеет большой экономический эффект.

Ф- .о рмула изобретения

Способ прогнозирования прочности материалов и изделий, заключающийся в том, что изделие нагружают до испытательной нагрузки, выдерживают изделие под постоянной испытательной нагрузкой, регистрируют сигналы акустической эмиссии и измеряют их параметры, определяют сумму сигналов акустической эмйсии за время выдержки под постоянной нагрузкой, а о прочности судят по разрушающей нагрузке, которую определяют по измеренным параметрам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, определяют сумму сигналов акустической эмиссии на начальном этапе нагружения, составляющем от 50 до 60%, и конечном этапе, составляющем от 80 до 90% от испытательной нагрузки, на начальном этапе выдержки, составляющем от 10 до 30%, и конечном этапе, составляющем от 70 до 80% от интервала выаеожки, определяют коэффициент затухания ультразвуковых колебаний в материале изделия на резонансной частоте преобразователя сигналов акустической эмйсии, а разрушающую нагрузку определяют с учетом измеренных параметров.

Изобретение относится к неразрушающему контролю и диагностике механического состояния конструкций по сигналам акустической эмиссии (АЭ) и может быть использовано для прогнозирования разрушающей нагрузки при силовом нагружении конструкции. Целью изобретения является повышение точности за счет выбора в кцче- стве информативных параметров суймы сигналов АЭ, измеренной на начальном и конечном этапах нагружения, и интервала выдержки, коэффициента затухания ультразвуковых колебаний в материале изделия. Изделие нагружают и регистрируют параметры сигналов АЭ, подставляют значения измеренных параметров в уравнение прогноза и определяют (прогнозируют) разрушающее давление контролируемого изделия.