Обчислення математичної моделі здійснено методом скінчених елементів. Для вибору коефіцієнтів термопластичності металу проведено лабораторні дослідження, що підтверджують теоретичні положення. Приведені дослідження дозволяють розробляти нові методи неруйнівного контролю наявності дефектів в металі стінки труби.

У шостому розділі досліджуються методи обробки сигналів ультразвукових об'ємних та спрямованих хвиль. Дано класифікацію методів обробки сигналів відносно вимог до сигналів в ультразвуковому контролі.

Розроблено метод визначення частоти сигналу в реальному часі на основі адаптивного алгоритму обробки сигналів, що дозволяє більш точно ідентифікувати моди УСКХ. Для реалізації методу розроблено програмне забезпечення.

Розроблено модель обробки сигналу спрямованих хвиль, реалізованого в середовищі Simulink, що дозволяє пришвидшити виготовлення блоків вторинного пристрою ультразвукового контролю шляхом моделювання роботи цих блоків на етапі проектування пристрою.

У сьомому розділі приведено розроблену систему КТУ-1, що реалізує контроль пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів на основі УСКХ та пристрою УНКТ-1 з використанням об'ємних ультразвукових хвиль; проведено аналіз похибки контролю; здійснено лабораторні та натурні випробування.

Для реалізації на практиці методів контролю ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями розроблено та виготовлено пристрій КТУ-1. Пристрій КТУ-1 працює таким чином, що одним первинним перетворювачем збуджується ультразвукове коливання, що падає на поверхню стінки труби, де в силу закону Снеліуса переломлюється, розщеплюється на поздовжню та поперечну складову та проходить в стінку труби. В стінці трубопроводу утворюється стоячі хвилі внаслідок відбиття падаючих ультразвукових хвиль від донної та верхньої поверхонь труби. Стоячі коливання поширюються вздовж стінки труби, як ультразвукова спрямована кільцева хвиля. Другим первинним перетворювачем сигнал спрямованої кільцевої хвилі реєструється і передається у вторинний пристрій для подальшої обробки та проведення аналізу.

Для підвищення точності визначення швидкості поширення ультразвукових хвиль з метою застосування методів контролю пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів (величини пружних констант, напружено-деформованого стану) ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями, розроблено пристрій реєстрації сигналів, на який отримано патент України. Представлено дискретний вейвлет метод обробки сигналів УСКХ, що дозволяє значно підвищити швидкість та точність обробки та зберігати, передавати в компактній формі виміряні сигнали без втрати інформації.

Проведено аналіз похибки пристрою контролю пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів. Похибка первинного перетворювача та вторинного пристрою повинна складати не більше 0,7 %. Загальна інструментальна похибка складає 0,9 %. Загальна методична похибка складає 2,8 %. Сумарна похибка складає 3,7 %. На розроблену систему контролю труб КТУ-1 розроблена та затверджена "Методика метрологічної атестації системи ультразвукового контролю труб КТУ-1". Приведено лабораторні та промислові дослідження розробленої системи КТУ-1, та пристрою неперервного контролю товщини УНТК-1. Результати, представлені в розділі та в актах впровадження дозволяють стверджувати, що розроблені пристрої та методи контролю параметрів технічного стану магістральних трубопроводів є достовірними. У додатках подані програма та результати обчислення розроблених математичних моделей поширення ультразвукових коливань, акти впроваджень результатів дисертаційної роботи.

Висновки

Науковим результатом дисертаційної роботи є вирішення науково-технічної проблеми підвищення безпеки та надійності експлуатації магістральних трубопроводів шляхом розвитку теорії методів та засобів акустичного контролю фізико-механічних параметрів стінок трубопроводів.

Основні результати дисертаційної роботи і нові наукові положення:

1. Проведений аналіз проблеми забезпечення підвищення безпеки та надійності експлуатації магістральних трубопроводів засвідчує, що традиційні методи мають ряд таких недоліків: а) неможливість отримати інтегральну характеристику досліджуваної ділянки трубопроводу внаслідок точковості контролю, б) складність проведення контролю в місцях з обмеженим доступом до поверхні трубопроводу (під опорами, в шурфах, під фундаментами, в місцях обмежувачів руху), в яких найбільше проявляються процеси деградації пружних властивостей, концентрації напружено-деформованого стану стінок магістральних трубопроводів. У роботі встановлено, що розроблення нових акустичних методів контролю є перспективним напрямком підвищення точності та достовірності контролю пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів.

2. Вперше розроблена математична модель, що описує явище акустопружності ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль. Для розв'язку математичної моделі застосовано метод скінченних елементів, в якому модель матеріалу представлено теорією Мурнагана. Внаслідок аналізу представлених кривих залежності 8-ми мод ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль від значення величини напружень в стінці труби на двох частотах 1 МГц та 2.5 МГц встановлено, що для кожної моди та для однієї моди на різних частотах явище акустопружності проявляється по різному. Встановлено, що явище акустопружності має найбільший ефект на низьких частотах ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль. Розроблено алгоритм та програмне забезпечення поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль засобами скінчених елементів із застосуванням модального підходу, що є основою для розрахунку акустопружності запропонованою математичною моделлю. Програма реалізована в середовищі пакету Ansys і дозволяє враховувати неідеальність форми профілю стінки труби при поширенні ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль.

3. Вперше розроблений метод контролю дійсної величини напружено-деформованого стану металу магістральних трубопроводів ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями, який полягає визначенні зміни швидкості поширення цих хвиль в залежності від величини напружено-деформованого стану на ділянці металу труби за одне вимірювання. Встановлено, що запропонований метод є для трубопроводів середнього діаметру (до 1000 мм) чутливіший на порядок ніж існуючі, а для діаметрів більше 1000 мм є ще більше чутливішим. Запропонований метод дає змогу підвищити точність контролю у порівнянні з існуючими методами. Подальшого розвитку набули методи контролю перерозподілу величини напружено-деформованого стану по околу та по довжині магістрального трубопроводу, що базуються на явищі акустопружності мод ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль і дають можливість проводити контроль металу трубопроводу без даних про швидкість поширення мод в ненапруженому стані, без інформації про марку сталі.

4. Вперше розроблено метод контролю величини пружних констант металу магістральних трубопроводів модами ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль. Метод полягає у визначенні зміни часу поширення мод у сегменті стінки труби в залежності від величини пружних констант металу трубопроводу. Встановлено, що значення пружних констант металу змінюються внаслідок деградації його фізико-механічних параметрів, їх значення залежить від технології виплавки сталі і тому має різне значення навіть для однієї марки сталі в залежності від року виготовлення та виробника. Дійсне значення модуля Юнга та коефіцієнта Пуассона є основою для інженерних методів (R6, General Electric) оцінки опору руйнуванню трубопроводу із тріщинами.

5. Подальшого розвитку набули математичні моделі опису поширення горизонтально-поляризованих мод та мод типу Лемба ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінках магістральних трубопроводів, що полягають: а) у описі дисперсних властивостей цих мод для труб великих діаметру, б) можливості проведення числового аналізу суперпозиції об'ємних поздовжньої та поперечної хвиль при утворенні мод типу Лемба ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль. Розроблені математичні моделі дають змогу поводити аналіз зміни хвильових параметрів мод в залежності від величини фізико-механічних параметрів стінок магістральних трубопроводів та здійснювати селективний вибір мод при їх генеруванні ультразвуковим первинним перетворювачем. За допомогою розробленого програмного забезпечення на базі пакету математичного числення Matlab реалізовано запропоновані математичні моделі.

6. Для контролю дефектів в стінках магістральних трубопроводів розроблено метод неруйнівного контролю, який полягає у виявленні дефектів за луно-імпульсами від мод ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль. Форма сигналу, що утворена відбиттям моди від дефекта аналізується та порівнюється із сигналом розрахованого розробленою математичною моделлю поширення мод кільцевих хвиль в стінці труби із дефектом. Такий підхід дозволив розробити спосіб визначення місцеположення дефекта по околу труби та його розміру шляхом аналізу часу приходження луно-імпульсу спрямованої кільцевої хвилі. Метод дозволяє контролювати як поверхневі, так і донні дефекти в стінці труби за одне вимірювання. Переваги запропонованого методу полягають також у тому, що ним можна проводити контроль у складно доступних місцях для традиційних методів ультразвукового контролю, виявляти дефекти такої форми, що є складно для ультразвукових спрямованих хвиль, що поширюються вздовж осі труби. Запропонований метод дозволяє зменшити час проведення контролю та збільшити достовірність результатів, оскільки значно зменшується ймовірність пропуску дефектів. Оптимальною була вибрана робоча частота 2.5 МГц, виходячи із складності аналізу луно-імпульсів та розмірів дефектів, які необхідно виявляти.

7. Вперше розроблено метод неперервного контролю товщини стінок магістральних трубопроводів в натурних умовах їх експлуатації об'ємними ультразвуковими хвилями, розроблено та виготовлено пристрій УНКТ-1, що реалізує цей метод, який полягає у забезпеченні постійного імерсійного акустичного контакту на всій ділянці контролю і дає змогу проводити контроль як гладких, так і нерівних поверхонь трубопроводу, що зумовлені зварними з'єднаннями, нерівністю ізоляційного покриття тощо. За результатами розв'язку розробленої моделі поширення ультразвукових об'ємних хвиль через нерівну межу розділу рідина - сталь із різною густиною нерівностей однакової висоти отримано числові дані різниць амплітуди сигналу, що дає можливість класифікувати поверхні магістральних трубопроводів в залежності від ступеня нерівності, що дозволить підвищити точність і чутливість контролю.

8. Вперше побудована математична модель ультразвукового тракту пристрою контролю ультразвуковими спрямованими хвилями пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів, що враховує параметри коливань первинного перетворювача. Ця модель становить теоретичну основу для створення процедур обробки експериментальних сигналів з метою виключення з результатів вимірювання швидкості поширення ультразвукових спрямованих хвиль систематичних похибок, які вносяться первинними перетворювачами. Розроблено програмне забезпечення обчислення розроблених математичних моделей в середовищах прикладних програм Comsol та Matlab для частот хвиль 1…10 МГц та для товщин стінок труб більше 10 мм. При аналізі результатів обчислень встановлено перерозподіл хвильової енергії мод по товщині стінки труби викликаний кривизною середовища поширення для магістральних трубопроводів малого та середнього діаметрів.

9. Встановлено, що на основі термоакустичного явища можна проводити неруйнівний контроль наявності дефектів у стінках магістральних трубопроводів за одне вимірювання на поверхні певного розміру, що дозволяє значно підвищити достовірність та швидкість контролю. Для розроблення нових методів контролю дефектів розроблено теоретичні основи і методологія оцінювання та прогнозування параметрів термоакустичного явища на основі експериментальних досліджень концентрації теплової енергії в околі дефекту при існуванні потужного акустичного поля.

10. Подальшого розвитку набули теорія і методи обробки сигналів ультразвукових об'ємних та спрямованих хвиль, які полягають у виокремленні інформаційних складових із загального сигналу із завадами, визначенні частоти сигналу в реальному часі, визначення часу поступлення вибраного періоду луно-імпульсу і дають змогу на відміну від існуючих методів підвищити точність обробки сигналів при реалізації методів ультразвукового неруйнівного контролю стінок магістральних трубопроводів.

11. Розроблено та виготовлено пристрій КТУ-1 для генерування та реєстрації ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в умовах експлуатації магістральних трубопроводів, що реалізує методи контролю параметрів технічного стану їх стінок. Проведений метрологічний аналіз розробленого пристрою КТУ-1 та здійснено аналіз схеми нагромадження похибок, визначено величину кожної з складових інструментальної та методичної похибок. Сумарна похибка складає 3,7 %. Розроблено методику метрологічної атестації пристрою КТУ-1, що реалізує методи неруйнівного контролю фізико-механічних параметрів стінок магістральних трубопроводів, технологію проведення контролю розробленими методами. Проведено лабораторні та натурні дослідження параметрів технічного стану стінок магістральних трубопроводів розробленими методами та засобами. Встановлено, що амплітуда мод спрямованих кільцевих хвиль є в два рази більшою за амплітуду об'ємних хвиль, що дозволяє точно проводити їх ідентифікацію і обробку та реалізовувати розроблені методи контролю.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Лютак І. З. Ультразвуковий контроль технічного стану магістральних трубопроводів [Текст] / І. З. Лютак, І. С. Кісіль.- Івано-Франківськ: Факел, 2010.- 285 с.

2. Лютак І. З. Математична модель методу контролю донних дефектів ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями / І. З. Лютак // Східно - Європейський журнал передових технологій. - 2010. - № 5/4 (47). - С. 53 - 57.

3. Лютак И. З. Определение напряженно-деформированного состояния трубопроводов ультразвуковыми направленными кольцевыми волнами / И. З. Лютак // Технічна діагностика і неруйнівний контроль.- 2010.- № 3.- С. 25-28.

4. Лютак І. З. Розроблення алгоритму обчислення дисперсних властивостей спрямованих ультразвукових хвиль та дослідження їх залежності від механічних характеристик сталі / І. З. Лютак // Збірник наукових праць. Серія: Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів. Неруйнівний контроль матеріалів і конструкцій (Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України).- 2009.- випуск 14.- С. 22-28.

5. Лютак І. З. Контроль дефектів в стінках трубопроводів ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями / І. З. Лютак // Методи та прилади контролю якості. - 2009. - № 23. - С. 20-24.

6. Лютак І. З. Побудова та обчислення математичної моделі поширення кільцевих мод в трубопроводі спрямованими хвилями в ультразвуковому діапазоні частот / І. З. Лютак // Технічна діагностика і неруйнівний контроль.- 2009.- № 2.- С. 30-35.

7. Лютак І. З. Контроль технічного стану магістральних трубопроводів кільцевими модами пластинчатих ультразвукових хвиль / І. З. Лютак // Збірник наукових праць. Серія: Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів. Теорія і практика неруйнівного контролю матеріалів і конструкцій (Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України).- 2008.- випуск 13.- С. 193-198.

8. Лютак І. З. Використання ультразвукового методу для оцінки залишкового ресурсу газопроводу / І. З. Лютак // Наукові вісті інституту менеджменту і економіки "Галицька академія". - 2007. - № 1(11).- С. 158-164.

9. Лютак І. З. Визначення коефіцієнтів демпфування пружного середовища при поширенні ультразвукової хвилі / І. З. Лютак // Східно - Європейський журнал передових технологій. - 2007. - № 6/4 (30). - С. 24 - 27.

10. Лютак І. З. Математична модель обробки сигналу ультразвукових пластинчатих хвиль / І. З. Лютак // Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. - 2007. - № 2 (16). - С. 178-183.

11. Лютак І. З. Моделювання методом кінцевих елементів поширення нульових мод плоских хвиль Лемба в пластині з ортотропними механічними властивостями / І. З. Лютак // Вісник Хмельницького національного університету. - 2007. - № 6. т. 1. - С. 151-156.

12. Лютак І. З. Наукові основи нового неруйнівного термоакустичного методу контролю фізико-механічних параметрів металевих конструкцій / І. З. Лютак // Праці Луганського відділення Міжнародної Академії інформатизації. Науковий журнал. - 2007. - № 2 (15). - С. 90-94.

13. Лютак І. З. Розробка математичної моделі акустичного поля тріщиною в пружному металічному середовищі / І. З. Лютак // Методи та прилади контролю якості. - 2006. - № 17. - С. 31-36.

14. Лютак І. З. Математична модель роботи прямокутного чутливого елементу ультразвукового перетворювача / І. З. Лютак // Збірник наукових праць. Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів (Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України), випуск 11.- 2006.- С. 40-47.

15. Lyutak I. Discrete representation model of multiply connected pipelines with distributed physical properties / I. Lyutak // Міжнародний науковий журнал Комп'ютинг. - 2006. - т. 5. - Випуск 1. - С. 66-71.

16. Лютак І. З. Розробка пристрою та алгоритму обробки ультразвукового сигналу для контролю фізико-механічних характеристик сталі / І. З. Лютак // Наукові вісті інституту менеджменту і економіки "Галицька академія". - 2005.- № 2(8).- С. 106-110.

17. Лютак І. З. Підхід реалізації нового термоакустичного методу неруйнівного контролю технічного стану металевих конструкцій / І. З. Лютак, А. А. Мандра // Східно - Європейський журнал передових технологій. - 2010. - № 4/6 (46). - с. 52 - 56.

Особистим науковим внеском здобувача є розроблення підходу реалізації термоакустичного методу неруйнівного контролю технічного стану металевих конструкцій, обґрунтування хвильового аспекту та застосування теорії механіки руйнування в термоакустичному методі.

18. Бедзір А. О. Автоматичне знаходження дефектів на основі аналізу зображень, отриманих неруйнівними методами контролю / А. О. Бедзір, І. З. Лютак // Методи та прилади контролю якості. - 2009. - № 22. - С. 28-32.

Здобувачем розроблені концепції та методологія застосування Р-снейк алгоритму для знаходження дефектів в металевих виробах на основі термоакустичного методу контролю.

19. Лютак І. З. Спосіб селективного збудження мод ультразвукових кільцевих хвиль / І. З. Лютак, І. С. Кісіль // Методи та прилади контролю якості. - 2008. - № 21. - С. 36-42.

Особистим науковим внеском здобувача є математичний опис і спосіб збудження окремої моди ультразвукової спрямованої кільцевої хвилі в стінці трубопроводу, підхід виокремлення інформативної складової із групи мод з використанням декількох ультразвукових первинних перетворювачів.

20. Копей В. Б. Моделювання напружено-деформованого стану металевої пластини з неоднорідністю під дією гармонічних навантажень ультразвукової частоти / В. Б. Копей, І. З. Лютак // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ.- 2008.- 3 (28).- С. 65-69.

Здобувачу належить ідея та обґрунтування напрямку, постановка задачі досліджень взаємодії неоднорідності в металі із ультразвуковою хвилею, розроблення моделі тертя при контакті твердих тіл.

21. Лютак І. З. Спосіб визначення параметрів загасання хвиль Лемба в ізотропному пружному середовищі / І. З. Лютак, А. А. Мандра // Науковий вісник національного технічного університету "ХПІ".- 2008.- № 3.- С. 114-118.

Особистим науковим внеском здобувача є метод визначення параметрів загасання хвиль Лемба в ізотропному пружному середовищі, математичний опис процесу загасання ультразвукової хвилі.

22. Лютак І. З. Розробка мережевого програмного забезпечення технологією Джава для моніторингу технічного стану магістральних газопроводів / І. З. Лютак, Р. М. Федорак // Нафтогазова енергетика. Всеукраїнський науково-технічний журнал. - 2007. - № 3 (4). - С. 35-40.

Здобувачу належить методи проектування та тестування, реалізація програмного забезпечення, підхід моделювання клієнт-серверної частини програми з використанням універсальної мови моделювання.

23. Лютак І. З. Адаптивний алгоритм обробки виміряного ультразвукового сигналу в частотній області / І. З. Лютак, І. С. Кісіль // Методи та прилади контролю якості. - 2006. - № 16. - С. 15-18.

Особистим науковим внеском здобувача є розроблення методу обробки ультразвукового сигналу в частотній області, побудова адаптивного алгоритму та програмного забезпечення.

24. Лютак І. З. Модель поширення ультразвукових хвиль у металах трубопроводів при навантаженнях / І. З. Лютак, І. С. Кісіль, А. А. Мандра // Методи та прилади контролю якості. - 2003. - № 11. - С. 27-31.

Здобувачу належить математична модель поширення ультразвуку в металах в залежності від величини навантажень.

25. Мандра А. А. Експериментальний модальний аналіз повітряних переходів магістральних газопроводів / А. А. Мандра, С. Ф. Савула, Ю. В. Банахевич, І. З. Лютак // Нафтова і газова промисловість.- 2008.- №5.- С. 36-37.

Здобувачем розроблено загальну концепцію дослідження модальних параметрів повітряних переходів магістральних газопроводів, метод обробки експериментальних результатів.

26. Лютак І. З. Дослідження поширення поверхневих ультразвукових хвиль в металі при зміні величини фізико-механічних параметрів поверхні металу / І. З. Лютак, І. С. Кісіль, З. П. Лютак, А. А. Мандра // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ.- 2010.- 3 (36).- С. 68-72.

Здобувачем розроблено підхід для моделювання скінченними елементами поширення ультразвукової поверхневої хвилі в металевій пластині при змінених фізико-механічних властивостях поверхневого шару.

27. Лютак І. З. Алгоритм обробляння сигналів під час аналізу поширення поверхневих ультразвукових хвиль / І. З. Лютак, І. С. Кісіль, А. А. Мандра, З. П. Лютак // Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. - 2010. - № 3 (25). - С. 189-192.

Здобувачем розроблено алгоритм обробляння сигналів ультразвукових поверхневих хвиль, що базується на теорії вейвлет перетворення.

28. Стрілецький Ю. Й. Дослідження пасивуючих плівок на поверхнях сталевих конструкцій електромагнітним методом / Ю. Й. Стрілецький, І. С. Кісіль, І. З. Лютак, З. П. Лютак // Методи та прилади контролю якості. - 2010. - № 24. - С. 112-115.

Здобувачу належить ідея та обґрунтування напрямків досліджень, дослідження фізичних процесів в магістральних трубопроводах.

29. Лютак І. З. Експериментальні дослідження виявлення донних дефектів ультразвуковими спрямованими кільцевими хвилями / І. З. Лютак, І. С. Кісіль // Вісник Інженерної академії України.- 2010.- № 2.- С. 121-124.

Здобувачу належить модель поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль, проведення лабораторних досліджень генерування та аналізу сигналів.

30. Пат. 86910. Україна, МПК (2009) G01H 5/00. Пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку [Текст] / Лютак І. З.; заявник і патентовласник Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу.- № а 2008 04340; заявл. 27.10.2008 Бюл. № 20; опубл. 25.05.2009 Бюл. № 10.- 3 с.: іл.

31. Пат. 90052. Україна, (51) МПК (2009) G01B 17/02. Ультразвуковий товщиномір [Текст] / Лютак І. З.; заявник і патентовласник Лютак І. З.- № а 2008 11619; заявл. 10.11.2009 Бюл. № 21; опубл. 26.03.2010 Бюл. № 6.- 3 с.: іл.

32. Патент на корисну модель 32624. Україна, (51) МПК (2006) G01H 5/00. Пристрій для вимірювання швидкості ультразвуку [Текст] / Лютак І. З., Семеген М. М., Померенко А. В., Бедзір А. О.; заявник і патентовласник Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу.- № u 2008 00077; заявл. 02.01.2008; опубл. 26.05.2008 Бюл. № 10.- 3 с.: іл.

33. Патент на корисну модель 40819. Україна, (51) МПК (2009) G01F 1/66. Ультразвуковий витратомір [Текст] / Мельниченко Ю. Г., Лютак І. З., Дзюргалюк І. Є., Вульчин І. В.; заявник і патентовласник Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу.- № u 2008 13781; заявл. 01.12.2008; опубл. 27.04.2009 Бюл. № 8.- 3 с.: іл.

34. Пат. 92275. Україна, (51) МПК (2009) G01N 29/04. Спосіб ультразвукового контролю труб [Текст] / Лютак І. З.; заявник і патентовласник Лютак І. З.- № а 2009 07879; заявл. 26.07.2010 Бюл. № 14; опубл. 11.10.2010 Бюл. № 19.- 4 с.: іл.

35. Kisil I. S. Calculation of ultrasonic field distribution in steel plate by finite element method / I. S. Kisil, I. Z. Lyutak // International Scientific Journal Acta Universitatis Pontica Euxinus Special number. VI International Conference "Strategy of Quality in Industry and Education", Varna, Bulgaria.- 2010.- V. 1 (2).- p. 186-189.

36. Лютак І. З. Експериментальні дослідження взаємодії круглих дефектів в стінах трубопроводів великого діаметру із ультразвуковою спрямованою кільцевою хвилею / І. З. Лютак // Матеріали 15-ї міжнародної науково-технічної конференції "Електромагнітні і акустичні методи неруйнівного контролю матеріалів і виробів ЛЕОТЕСТ-2010", Славське Львівської обл.- 2010.- С. 68-69.

37. Лютак І. З Визначення дефектів в трубах спрямованими кільцевими ультразвуковими хвилями / І. З. Лютак // Відкрита науково-технічна конференція молодих науковців і спеціалістів Фізико-механічного інституту ім. Г. В. Карпенка НАН України "Проблеми корозійно-механічного руйнування, інженерія поверхні, діагностичні системи".- Львів.- 2009.- С. 349-350.

38. Лютак І. З. Дослідження залежності величини кутового хвильового числа від частоти кільцевих ультразвукових хвиль для магістральних газопроводів середніх діаметрів / Лютак І. З., Кісіль І. С. // 6-а Національно-технічна конференція і виставка "Неруйнівний контроль та технічна діагностика".- Київ.- 2009.- С. 107-110.

39. Лютак І. З. Дослідження залежності хвильових параметрів симетричних мод спрямованих ультразвукових хвиль від товщини пластини трубної сталі / І. З. Лютак // Матеріали 14-ї міжнародної науково-технічної конференції "Електромагнітні і акустичні методи неруйнівного контролю матеріалів і виробів ЛЕОТЕСТ-2009", Славське Львівської обл.- 2009.- С. 49-50.

40. Лютак І. З. Дослідження дисперсних властивостей ультразвукових кільцевих мод пластинчатих хвиль в трубопроводі великого діаметру / І. З. Лютак // Материалы шестнадцатой международной конференции "Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики", г. Ялта.- 2008.- С. 29- 31.

41. Lyutak I. Z. New Corrosion Inspection Techniques: Passive Film Measurement by Ultrasonic Surface Waves / I. Z. Lyutak // IV International conference "Strategy of Quality in Industry and Education", Varna Bulgaria.- 2008.- v. 1.- pp. 379-381.

42. Лютак І. З. Метод енергетичного балансу для опису роботи кварцового чутливого елементу / І. З. Лютак // Матеріали 5-ї національної науково-технічної конференції і виставки "Неруйнівний контроль та технічна діагностика", Київ. - 2006. - С. 104-105.

43. Lyutak I. Wavelet analysis of ultrasonic guided waves in pipeline inspection / I. Lyutak // IEEE International Workshop on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications, Sofia, Bulgaria.- 2005.- pp. 517-523.

44. Lyutak I. A computer system for monitoring technical state of gas pipeline / I. Lyutak // The 8-th conference of computer aided sciense, industrial and transport "TransComp 2004", Zakopane, Poland.- 2004.- pp 56-60.

45. Лютак І. З. Динамічні процеси в металах при термоакустичному методі контролю / І. З. Лютак // Матеріали 3-ї науково-технічної конференції "Приладобудування 2007: стан і перспективи", Київ: НТУУ "К П І".- 2007.- С. 279-280.

Анотація

Лютак І. З. Контроль пружних властивостей металу стінок магістральних трубопроводів акустичними методами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.13 - Прилади і методи контролю та визначення складу речовин. - Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ, 2011.

Наведено результати аналізу проблеми підвищення надійності та безпеки експлуатації магістральних трубопроводів і доведено, що традиційні методи, які ґрунтуються на точковому контролі чи із застосуванням інспекційних снарядів є недостатньо ефективними та малодостовірними, а теоретичні засади та методи, що використовують ультразвукові спрямовані хвилі недостатньо розвинуті. Для розвитку теорії поширення ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль та методів неруйнівного контролю фізико-механічних параметрів магістральних трубопроводів розроблено ряд математичних моделей, що описують поширення цих хвиль та забезпечують теоретичне обґрунтування для вперше запропонованих методів контролю величини напружено-деформованого стану, наявності дефектів та значення пружних констант стінок трубопроводів модами спрямованих кільцевих хвиль. Розробленими математичними моделями є моделі опису поширення горизонтально-поляризованих та мод типу Лемба ультразвукових спрямованих кільцевих хвиль в стінках магістральних трубопроводів, модель поширення мод цих хвиль в частотній області та модель опису процесу генерування ультразвукової спрямованої кільцевої хвилі чутливим елементом.

Вперше розроблено метод неперервного контролю товщини стінок магістральних трубопроводів в натурних умовах їх експлуатації об'ємними ультразвуковими хвилями. Для розроблення нових методів контролю дефектів розроблено теоретичні основи і методологія оцінювання та прогнозування параметрів термоакустичного явища. Розроблено пристрої, що реалізують запропоновані методи контролю та проведено їх лабораторні та натурні випробування.

Ключові слова: ультразвукова спрямована кільцева хвиля, ультразвуковий контроль, магістральний трубопровід, напружено-деформований стан, дефект, пружні константи, термоакустичне явище, товщинометрія.

Аннотация

Лютак И. З. Контроль упругих свойств металла стенок магистральных трубопроводов акустическими методами. - Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля и определения состава веществ. - Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, Ивано-Франковск, 2011.

Приведены результаты анализа проблемы повышения надежности и безопасности эксплуатации магистральных трубопроводов и доказано, что традиционные методы, основанные на точечном контроле или с применением инспекционных снарядов недостаточно эффективны и малодостоверны, а теоретические основы и методы, которые используют ультразвуковые направленные волны недостаточно развиты. Для развития теории распространения ультразвуковых направленных кольцевых волн и методов неразрушающего контроля физико-механических параметров магистральных трубопроводов разработан ряд математических моделей, описывающих распространение этих волн и обеспечивают теоретическое обоснование для впервые предложенных методов контроля величины напряженно-деформированного состояния, наличия дефектов и значения упругих констант стенок трубопроводов модами направленных кольцевых волн. Разработанными математическими моделями являются модели описания распространения горизонтально-поляризованных и мод типа Лэмба ультразвуковых направленных кольцевых волн в стенках магистральных трубопроводов, модель распространения мод этих волн в частотной области и модель описания процесса формирования ультразвуковой направленной кольцевой волны чувствительным элементом.

Обоснована математическая модель описания параметров ультразвукового поля образованного переходом однородной волны через неравную геометрическую форму границы раздела жидкость-стенка трубы, которая заключается в определении распределения амплитуд ускорения, смещения элементарного объема, напряжения на плоскости сечения стенки трубы и позволяет разрабатывать более эффективные методы контроля толщины и наличия дефектов.

Дальнейшее развитие получили теория и методы обработки сигналов ультразвуковых объемных и направленных волн. Они заключаются в выделении информационных составляющих из общего сигнала с помехами, определении частоты сигнала в реальном времени, определении времени приходження выбранного периода эхоимпульса и позволяют в отличие от существующих методов повысить точность обработки сигналов при реализации методов ультразвукового неразрушающего контроля стенок магистральных трубопроводов.

Впервые разработан метод непрерывного контроля толщины стенок магистральных трубопроводов в натурных условиях их эксплуатации объемными ультразвуковыми волнами, что позволяет проводить контроль как гладких, так и неровных поверхностей трубопровода, обусловленных сварными соединениями, неравенством изоляционного покрытия и т.п. Для разработки новых методов контроля дефектов разработаны теоретические основы и методология оценки и прогнозирования параметров термоакустического явления. Разработаны устройства, реализующие предложенные методы контроля и проведено их лабораторные и натурные испытания.

Ключевые слова: ультразвуковая направлена кольцевая волна, ультразвуковой контроль, магистральный трубопровод, напряженно-деформированное состояние, дефект, упругие константы, термоакустическое явление, толщинометрия.

Annotation

Lyutak I. Z. Control the elastic properties of the metal walls of the pipelines by acoustic methods. - Manuscript.

Dissertation for scientific degree of doctor of technical sciences on the speciality 05.11.13 - Methods and Devices of Testing and Defining Matter Composition. - Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, 2011.

The analysis results of increasing reliability and safety of pipelines operation is presented. It is proved that the traditional methods based on control in a point or inspection pigs are not both sufficiently effective and trustworthiness. It is proved that theoretical principles and methods that use ultrasound guided waves are not sufficiently developed. To develop both the theory of ultrasonic circumferential waves propagation and non-destructive testing methods of physical and mechanical parameters of the main pipelines are developed a set of mathematical models describing the propagation of these waves and providing a theoretical foundation for the first time proposed methods to control the value of the stress-strain state, the presence of defects and the values of elastic constants of the walls pipeline by means of modes of circumferential waves. Developed mathematical models are models describing the propagation of horizontally-polarized modes and Lamb-type ultrasonic modes of circumferential waves in the walls of pipelines; a model of propagation of these waves in the frequency domain and a model describing the process of generating of ultrasonic circumferential waves by a sensor.

It is developed for the first time a method of continuous control of wall thickness of main pipelines in operation conditions by means of bulk ultrasonic waves. To develop new methods of flaw detection it is developed the theoretical basis, methodology of assessment and forecasting of parameters of thermoacoustic phenomena. Devices that implement the proposed testing methods are manufactured. Laboratory and field tests are fulfilled.

Keywords: ultrasound circumferential wave, ultrasonic testing, main pipeline, the stress-strain state, defect, elastic constants, thermoacoustic phenomenon, thickness measurement.

Размещено на Allbest.ru