Методи і системи акусто-емісійної діагностики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методи і системи акусто-емісійної діагностики

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Працездатність обладнання, яке використовується в нафтохімічному, газопереробному, енергетичному (звичайному і ядерному), авіакосмічному й інших виробництвах, залежить від гарантованої надійності матеріалів і виробів, які знаходяться під впливом механічних і температурних навантажень, впливу навколишнього й агресивних середовищ. Незважаючи на значні капіталовкладення в роботи щодо забезпечення контролю стану і ремонту обладнання, його руйнування призводить до значних фінансових і технічних витрат. Для забезпечення експлуатаційної надійності виробів використовуються різні методи, застосовувані у фізиці, хімії, матеріалознавстві, механіці із залученням методів моделювання й оцінки надійності, методів і засобів технічної діагностики, зокрема, неруйнівного контролю (НК).

Будь-які матеріали мають природну тенденцію до старіння, деградуючи зі зростаючою швидкістю. У процесі експлуатації підвищується їх схильність до руйнування, що пояснюється наслідками нагромадження в них внутрішніх напружень, необоротних змін структури і дефектів. Для їх виявлення використовуються різні методи НК (ультразвукові, радіаційні й інші). При цьому різноманітні фізичні стани виробів зводяться до двох основних - придатний чи не придатний до експлуатації, а ступінь потенційної небезпеки дефектів як концентраторів напруг, а також їх взаємовплив на несучу здатність виробів не визначається. Разом з тим надійність виробів визначається мінливістю матеріалів у часі в умовах експлуатації. Тому розвиток методів, що дозволяють вивчати фізичну сутність процесів, визначати їх закономірності і вплив на кінетику зміни властивостей матеріалів, є одним з важливих напрямків технічної діагностики стану виробів і прогнозування їхніх фізико-механічних характеристик. Один з таких методів заснований на використанні акустичної емісії (АЕ), яка супроводжує всі процеси, що відбуваються при руйнуванні матеріалу.

Результати опублікованих досліджень показують високу чутливість АЕ методу (А.В. Андрейків, В.М. Баранов, В.М.Іванов, А.Я. Недосека, Д.А. Дорнфілд, Г.Л. Данеган та інші). Однак більшість теоретичних і прикладних досліджень з АЕ не мають практичного застосу-вання. З одного боку, це пов'язано зі значною складністю досліджень і їх тривалістю, а з іншого боку - зі складністю застосовуваного устаткування, методик обробки, аналізу, представлення інформації, неадекватністю її інтерпретації. Існуючі концепції побудови АЕ систем засновані на використанні незмінних (апаратних) алгоритмів обробки даних, що позначається на кількості й якості одержуваної інформації. У той же час, дослідження показують, що поділ обробки інформації в рамках однієї вимірювальної системи значно підвищує ефективність АЕ методу у залежності від розв'язуваних задач: локація джерел випромінювання; виявлення дефектів структури; оцінка небезпеки розвитку процесів руйнування; прогнозування несучої здатності виробів й інші. Отже вирішення важливої народно-господарської задачі забезпечення експлуатаційної безпеки виробів, зниження ризику і витрат від локальних і систематичних аварій, причиною яких є руйнування матеріалів, вимагає розвитку АЕ методів шляхом розробки моделей для адекватної інтерпретації результатів, розширення набору аналізованих параметрів, створення мобільних акусто-емісійних систем, гнучких алгоритмів і програмних засобів, розробки критеріальних оцінок стану виробів, розробки методик комплексної діагностики.

Таким чином дисертаційна робота присвячена розв'язанню важливої науково-технічної проблеми - створення методів і мобільних систем акусто-емісійної діагностики виробів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Дисертаційна робота виконана в Національному авіаційному університеті, відповідно до планів науково-дослідних робіт, по темах 868-ДБ99 (№0199U002652), 869-ДБ99 (№0199U002653), 071-ДБ02 (№0102U000382), у рамках програм відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України 028-ДЗ-01 (№0101U003219), 089-ДЗ02 (№0102U005585).

Мета роботи: розробка акусто-емісійних методів технічної діагностики виробів і систем контролю.

Досягнення цієї мети передбачає розв'язання таких задач:

1. Розробити моделі сигналів АЕ при утворенні в матеріалі тріщини і протіканні процесу пластичної деформації. Провести моделювання сигналів АЕ в залежності від умов розвитку тріщини і протікання пластичної деформації. Виконати оцінки інформативності параметрів сигналів АЕ.

2. По сигналах АЕ, зареєстрованих при зовнішніх впливах на виріб, розробити моделі кінетики накопичення ушкоджень в матеріалах. Виявити сукупність параметрів сигналів АЕ, що характеризують наближення виробу до критичної стадії руйнування.

3. Встановити кількісні оцінки розвитку процесів руйнування виробів і прогнозування їхніх фізико-механічних характеристик по сигналах АЕ, що реєструються на ранніх стадіях навантаження.

4. Розробити методи корекції критерію виявлення сигналів АЕ від тріщин для підвищення вірогідності контролю виробів.

5. Створити технічні і програмні засоби мобільних акусто-емісійних систем (АЕС) оперативного збору, обробки, аналізу і виводу АЕ інформації, а також методики і способи діагностики виробів у лабораторних і виробничих умовах.

Об'єктом дослідження є явище акустичної емісії при навантаженні виробів.

Предметом дослідження є методи підвищення вірогідності акусто-емісійної діагностики і системи контролю з оцінками небезпеки розвитку дефектів в матеріалах та прогнозуванням фізико-механічних характеристик виробів.

Методи дослідження. Проведені дослідження базуються на сучасних методах цифрової

обробки сигналів, методах аналізу інформації з використанням комп'ютерної техніки, сучасних комп'ютерних технологіях, методах механіки руйнування, матеріалознавства, кінетичної теорії міцності і натурних іспитів.

Наукова новизна роботи. В роботі отримані такі наукові результати:

1. Розроблено моделі сигналів акустичної емісії при утворенні в матеріалі локальної тріщини і протіканні пластичної деформації, з урахуванням процесу їх розвитку. Визначено, що часовий хід сигналів акустичної емісії при утворенні локальної тріщини і протіканні пластичної деформації розрізняються між собою.

2. Встановлено, що зміни в формі сигналів акустичної емісії від тріщини та пластичної деформації обумовлені гальмуванням та прискоренням процесів їх розвитку. Самоприскорення тріщини призводить до викидів амплітуди на фронтах сигналу чи його трансформації в сигнал трикутної форми, а прискорений розвиток пластичної деформації видозмінює сигнал до сигналу трапецеїдальної форми.

3. Визначено, що параметри сигналів акустичної емісії (амплітуда, тривалість, тощо) залежать від кінетики розвитку тріщини та пластичної деформації. Показано, що незалежними від швидкості росту тріщини є площа під кривою сигналу, величина якої визначається площею утвореної тріщини, а для пластичної деформації - амплітуда і потужність сигналу, які визначаються об'ємом матеріалу, що вступив у деформацію.

4. У відповідності до кінетичного критерію руйнування розроблено критерій руйнування матеріалу за сигналами акустичної емісії, за яким при повному руйнуванні сума відносних прирощень накопичуваної енергії сигналів акустичної емісії досягає граничного значення, що дорівнює одиниці.

5. Розроблено методику діагностики стану виробів при їх механічному навантаженні, яка грунтується на обробці приростів енергії сигналів акустичної емісії на часових перерізах процесів її накопичення в залежності від величини прикладеного напруження.

6. Розроблено методики прогнозування фізико-механічних характеристик виробів без їх руйнування, а також контролю інструментальних матеріалів, в основі яких лежить аналіз накопичуваної енергії сигналів акустичної емісії.

7. Розроблено методики корекції критерію виявлення сигналів акустичної емісії від тріщин при зміні чутливості апаратури, граничного рівня фіксації сигналів акустичної емісії, величин їх амплітуд та порогу обмеження.

8. Створено нові підходи до побудови мобільних акусто-емісійних систем з використанням сучасних комп'ютерних технологій, мінімізацією електронних засобів, максимальним використанням логічного та фізичного рівнів побудови засобів обчислювальної техніки та гнучких програмних засобів управління і обробки даних.

Практична цінність роботи:

1. Створено мобільні АЕС і комплекси програмного математичного забезпечення для збору, збереження, оперативної обробки і виводу результатів аналізу сигналів АЕ з оцінками небезпеки розвитку дефектів структури при випробуваннях матеріалів і виробів у лабораторних і виробничих умовах.

2. Розроблено мобільні АЕС і комплекси програмного математичного забезпечення для проведення лінійної і просторової локації дефектів, що розвиваються в конструкціях великих габаритів.

3. Створено методики і пристрої для контролю мембран, які використовуються у системах регулювання подачі палива в авіаційні двигуни, визначення моменту торкання і глибини врізування абразивного інструмента в деталь при торцевому шліфуванні золотників гідропідсилювачів, а також контролю якості виготовлення абразивного інструмента.

4. Розроблено методики для проведення діагностики ємностей, трубопроводів і апаратів, що працюють під тиском, бетонних виробів і виробів з ультрадисперсних сплавів.

5. Розроблено широкосмугові високочутливі датчики для реєстрації сигналів АЕ, що виникають при навантаженні матеріалів і виробів.

Розроблені АЕС, програмне математичне забезпечення, пристрої і методики використовуються при проведенні наукових досліджень і контролі виробів на підприємствах і в установах: Київський авіаремонтний завод 410 цивільної авіації (м. Київ), «Першотравневий машинобудівний завод» (м. Первомайськ), «КнААВО» ім.Ю.А. Гагаріна (м. Комсомольськ-на-Амурі), Державний дорожній науково-дослідний інститут ім.М.П. Шульгіна (м. Київ), ВАТ ВНДІНЕФТЕМАШ (м. Москва), «АСІОР» (м. Київ), Національний авіаційний університет (м. Київ), Національний університет «Львівська політехніка» (м. Львів), Державний технічний університет (м. Комсомольськ-на-Амурі).

Особистий внесок автора. Основні положення і результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Роботи, виконані разом зі співавторами, наведені в переліку публікацій. З робіт, що опубліковані у співавторстві, використовуються результати, отримані особисто здобувачем.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на міжнародних і Українських симпозіумах, конференціях і семінарах, у тому числі: III Європейська конференція по внутрішніх напруженнях (Франкфурт-на-Майні, ФРН, 1992), V Sympozjum Naukowe «Przemiany structuralne w stopach odlewniczych. Teoria i effecty uzytkowe» (Rzeszow, 1993), I Мiжнародна конференцiя «Конструкцiйнi та функцiональнi матеріали. Теорiя, експеримент, взаємодiя» (Львiв, 1993), Міжнародний науково-технічний симпозіум «Наукомісткі технології і проблеми їх впровадження на машинобудівних і металургійних підприємствах Далекого Сходу» (Комсомольск-на-Амурі, 1994), П Міжнародна конференція «Конструкцiйнi та функцiональнi матеріали» (Львів, 1997), Науково-технічна конференція «Леотест-98» «Фізичні методи та засоби контролю матеріалів та виробів» (Славське, 1998), International Conference on Actual problems of measuring technique (Kyiv, 1998), III Міжнародна науково-практична конференція «Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини» (Кам'янець-Подільський, 1998), Ш International Symposium of Croatian metallurgists (SHM'98) «State and development of plastic metal processing» (Sibenik, Croatia, 1998), Український міжгалузевий науково-практичний семінар «Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення» (Київ, 1998), Міжнародна наукова конференція «Синергетика. Самоорганизующиеся процессы в технологиях и системах (Комсомольск-на-Амуре, 1998), Міжнародна конференція «АВІА-99» (Київ, 1999), П Всеукраїнська науково-технічна конференція «Науково-практичні проблеми сучасного залізобетону» (Київ, 1999), VII Mikdzynarodowe seminarium metrologyw «Metody i technika przetwarzania sygnajyw w pomirach fizycznych» (Rzeszow, 1999), Міжнародна конференція «АВІА-2000» (Київ, 2000), П Inter-national Scientific Conference on Mechanics (Rzeszow, 2000), Міжнародна наукова конференція «Синергетика. Самоорганизующиеся процессы в технологиях и системах (Комсомольск-на-Амуре, 2000), VIII Міжнародний семінар «Сучасні методи і засоби неруй-нівного контролю і технічної діагностики» (Ялта, 2000), Перша промислова міжнародна конференція «Ефективність реалізації наукового, ресурсного і промислового потенціалу в сучасних умовах» (Славське, 2001), Х International Scientific Conference «Achievements in Mechanical and Material Engineering» (Glivice, 2001), The international conferens «Sensor & Systems» (Saint-Petersburg, 2002), Український міжгалузевий семінар «Сучасні проблеми проек-тування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення» (Київ, 2002), а також наукових семінарах інституту інформаційно-діагностичних систем НАУ у 1999-2002 рр.

Публікації: За темою дисертації опубліковано більш 70 наукових праць, у тому числі 38 у спеціалізованих журналах, з них 9 самостійних, включаючи наукову монографію. Отримано 8 патентів на винахід. Перелік основних 55 публікацій наведений в авторефераті.

Структура і зміст роботи. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаної літератури, додатка і має 270 сторінок основного тексту, 128 рисунків, 5 таблиць, 104 сторінки додатка, список використаної літератури з 264 найменувань на 23 сторінках. Загальний обсяг роботи 407 сторінок.

Основний зміст роботи

сигнал акустичний емісія пластичний

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, поставлені мета і задачі досліджень, визначені наукова новизна і практична цінність отриманих результатів, наведені дані щодо їх апробації і впровадження.

В першому розділі зроблено аналіз наукової літератури по темі дисертаційної роботи й обгрунтовано вибір задач даного дослідження.

Явище АЕ, що спостерігається у твердих тілах, являє собою пружні зміщення, що поширюються, які виникають в матеріалі при локальній динамічній перебудові його структури. Вони супроводжують процеси пластичної деформації, утворення і росту тріщин, які призводять до руйнування матеріалу. Реєстровані при цьому сигнали АЕ можуть бути використані для діагностики виробів і проведення оцінок небезпеки розвитку процесів руйнування, що знайшло відображення в стандартах по АЕ, застосовуваних у різних країнах світу - США, Японії, Англії, Росії й інших.

Розглянуто терміни, визначення і параметри сигналів АЕ. Проведено аналіз результатів теоретичних і експериментальних досліджень сигналів АЕ при деформуванні і руйнуванні матеріалів, отриманих взаємозв'язків, інформативних параметрів і критеріїв класифікації сигналів АЕ, а також критеріїв виявлення тріщин. Розглянуто напрямки використання АЕ методу, методології побудови АЕС і методології обробки інформації, яка реєструється. Проведено аналіз сучасного стану в області досліджень і технічної діагностики виробів АЕ методом, визначені напрямки теоретичних і експериментальних досліджень.

Другий розділ присвячений розробці моделей і моделюванню сигналів АЕ при утворенні тріщини і протіканні пластичної деформації, а також визначення їх інформативних параметрів. Таке моделювання проводилося виходячи із сучасного розуміння різниці в механізмах крихкого і пластичного руйнування. Перше, як правило, є внутрішньо кристалічним і поширюється уздовж площини відколу, а друге - пов'язане з рухом дислокацій і супроводжується помітною залишковою деформацією матеріалу.

При моделюванні сигналів АЕ від тріщини передбачалося, що її розвиток припиняється на елементах з більш високою міцністю. У реальних матеріалах при розвитку тріщини відбувається перерозподіл напруг на локальну область, що прилягає до області утворюваної тріщини (So, рис. 1). При високій швидкості зростання тріщини, у міру її наближення до границь SТ, в області So може відбуватися послідовне підростання тріщини і протікання пластичної деформації. Моделювання сигналів АЕ від тріщини для даних випадків показало, що при її підростанні в області So у моменти часу t1, t2,… на задньому фронті сигналу спостерігається поява піків, параметри яких залежать тільки від розміру підростаючої тріщини і її швидкості. Якщо процес закінчується пластичною деформацією зі змінною швидкістю руху дислокацій uD, то на задньому фронті сигналу буде спостерігатися періодична складова, амплітуда якої залежить від розміру області, що вступила в деформацію. Збільшення aD веде до зменшення значення TП. Також встановлено, що коли розподіл елементів по міцності в області неоднорідності мало дисперсний, а швидкість росту тріщини зростає, то сигнал АЕ трансформується в сигнал трикутної форми.

Експериментальні спостереження сигналів АЕ при деформуванні і руйнуванні матеріалів показують наявність сигналів двох типів (А-типу і С-типу), які є сигналами АЕ від пластичної деформації й утворення тріщин, що добре узгоджується з результатами теоретичних досліджень.

Розрахунки параметрів сигналів АЕ показали, що інформативними параметрами, які не залежать від швидкості процесів, що розвиваються, є: для тріщини - площа під сигналом АЕ, яка визначається площею утворюваної тріщини; для пластичної деформації - амплітуда і потужність сигналу АЕ, які визначаються об'ємом деформованого матеріалу. При цьому тривалість сигналів АЕ пропорційна тривалості процесів, що протікають. Якщо обмежитися тривалістю сигналів при m=5 і q=8, то величина помилки енергії і потужності сигналів від тріщини і пластичної деформації не перевищує 0,002%.

Третій розділ присвячений методам корекції числового значення критерію виявлення сигналів АЕ від тріщин в залежності від чутливості апаратури, порогового рівня фіксації, порогу обмеження та амплітуди прийнятого сигналу АЕ.

З таблиці 1 видно, що потужність сигналу АЕ від пластичної деформації не залежить від її швидкості, а потужність сигналу АЕ від тріщини пропорційна квадрату швидкості її розвитку. Оскільки швидкість пластичної деформації значно менша за швидкість розвитку тріщини, то очевидно, що сигнали АЕ А-типу і С-типу повинні розрізнятися за їхньою потужністю. Однак процеси деформування і руйнування розвиваються на субмікро-, мікро- і макрорівнях, через що відбувається значне перекриття числових значень параметрів сигналів АЕ. Числовий аналіз експериментальних даних показав, що для розрізняння сигналів АЕ можна використовувати граничне значення коефіцієнту Кр, який характеризує швидкість зміни потужності сигналів. При цифровій обробці сигналів його зручно використовувати у вигляді

Кр=lg(Х) + lg(C),

де Х - відношення енергії до квадрата тривалості сигналу в цифрових кодах; C - відношення квадрата чутливості апаратури (ЧА) на одиницю молодшого розряду (ОМР) АЦП до інтервалу дискретизації (ІД).

При заданих ЧА й ІД другий доданок є постійною величиною і надалі не розглядається. Обробка даних, отриманих при деформуванні сталі 0Х18Н10Т, з визначенням порогового значення Кр показала, що імовірність помилки виявлення сигналів АЕ від тріщин складає р=0,0532. Розглянуто результати експериментальних досліджень з використанням обробки сигналів АЕ за виразом (12), які дозволили виявити зрушення тріщин як у крихких, так і в пластичних матеріалах, що підтверджувалося фрактографічним аналізом.

Статистичні оцінки критерію Кр були виконані при руйнуванні модельного матеріалу - графітового стрижня діаметром 0,3-0,5 мм, твердістю 2Т (2Н), що відомий як джерело сигналів АЕ Су Нільсона. Особливості структури графіту обумовлюють ковзання шарів відносно один одного навіть при малих значеннях напруг зсуву. При руйнуванні однотипних стержнів відтворюється повторюваність розміру тріщини, яка відповідає поперечному перерізу стрижня. При руйнуванні 350 стрижнів визначено, що сигнали АЕ з максимальним значенням енергії відповідають сигналу С-типу і узгоджуються з результатами моделювання сигналів при стрибкоподібному зростанні швидкості тріщини.

Для модельного сигналу АЕ трикутної форми раніше був визначений поправковий коефіцієнт DП на числове значення Кр при зміні ЧА, Крk=Крo+DП, де Крk, Крo - значення Кр на k-й і максимальній o-й ЧА; DП - поправковий коефіцієнт, дорівнює відношенню ЧА. Однак дослідження показали, що зі зміною ЧА відбувається відхилення розрахункових і експериментальних значень Кр. Був визначений додатковий коефіцієнт D (додаток) на значення DП, який пов'язаний з введенням порогового рівня фіксації (ПРФ) сигналів АЕ і їхньою амплітудою, D~[(Amo/h) - 1] - 1, h>0, Amo>h). Спільний аналіз впливу ЧУ, ПРФ і амплітуди реєстрованих сигналів АЕ на значення DП виконати складно.

Розрахунки, проведені відповідно до виразу (13), для сигналу трикутної форми показали, що при постійному значенні ПРФ h на кожній ЧА зі збільшенням амплітуди сигналу спостерігається монотонне зростання D і подальша компенсація значення поправкового коефіцієнта DП, пов'язаного зі зміною ЧА. Це означає, що починаючи з деякого рівня прийнятого сигналу АЕ Аnk граничне значення Кpk приблизно дорівнює значенню, яке відповідає максимальній ЧА, Кpk»Кpo. Якщо амплітуда прийнятого сигналу АЕ Аmk < Аnk, то необхідно вводити додатковий коефіцієнт D. При цьому рівень амплітуди Аnk можна визначити із залежностей D' (13) - рис. 10, б. Якщо помилка на поправку не повинна перевищувати 5%, то значення Аnk на кожній ЧА визначається перетинанням горизонтальної прямої, що проходить через точку, яка відповідає заданому рівню помилки, із залежністю, що відповідає даній ЧА. Якщо обмежитися рівнем помилки на кожній ЧА неможливо, то значення Крk для кожного прийнятого сигналу АЕ необхідно визначати з урахуванням поправкового DП і додаткового D коефіцієнтів. Статистична обробка результатів іспитів 100 зразків, виготовлених зі сталі 0Х18Н10Т і композита 05-ИТ з включеннями хрому, показала, що при зміні ЧА і постійній величині ПРФ h=3 відхилення граничного розрахункового й експериментального значень Крk при зміні ЧА з 6, 3 мкВ/ОМР до 15,0 мкВ/ОМР не перевищує 4,0%.

Аналіз зміни D від величини ПРФ, відповідно до виразу (14), показав, що для максимальної амплітуди сигналу АЕ Аmo на заданій ЧА при збільшенні ПРФ h відбувається падіння числового значення D. Зі зменшенням ЧА (збільшення абсолютного числового значення ОМР) характер зміни залежностей зберігається, однак спостерігається перехід від плавного ходу кривих до різкого зменшення числового значення D. Зі збільшенням амплітуди сигналу АЕ Аmo характер залежностей як на заданій ЧА, так і при її зміні зберігається. Якщо шкалу ПРФ подати в логарифмічних координатах, то початкова ділянка залежностей (14) має лінійний характер зміни з подальшою появою перегину при деякому визначеному значенні ПРФ, рівного hk (k - індекс ЧА), для кожної ЧА й амплітуди сигналу АЕ. При цьому зі збільшенням ЧА й амплітуди сигналу значення hk, що відповідає відхиленню від початкової лінійної ділянки, зростає.

Розрахунки, відповідно до виразу (14), показують, що при зростанні ПРФ помилка D' збільшується як для заданої амплітуди сигналу при зменшенні ЧА, так і для заданої ЧА при зменшенні амплітуди сигналу (рис. 12). При цьому чим менша амплітуда сигналу, тим більш різке зростання помилки на додатковий коефіцієнт. З отриманих результатів випливає, що для зменшення помилок і підвищення вірогідності виявлення сигналів АЕ від тріщин на заданій ЧА необхідно вводити обмеження або на ПРФ, або на амплітуду сигналів АЕ. Обмеження можна вводити на кожній ЧА з використанням залежностей зміни D'' від ПРФ для заданих амплітуд сигналів (рис. 12). Якщо помилка на поправку не повинна перевищувати 5%, то величина ПРФ для кожної амплітуди прийнятого сигналу визначається перетинанням горизонтальної прямої, що проходить через точку, яка відповідає заданому значенню помилки, із залежністю, що відповідає даній амплітуді сигналу.

У той же час, при прийнятих умовах фіксації сигналів АЕ

Аi>h

Ai+1Ј h,

де Аi, Ai+1 - i-й і i+1-й цифрові коди амплітуди, мінімальній помилці на Кр відповідає мінімальне значення ПРФ, h=hmin. Розрахунки показують, що при амплітуді сигналу АЕ, яка дорівнює 1 В і ЧА ?U=5 мВ/ОМР зменшення ПРФ зі 100 мВ до 15 мВ призводить до зниження помилки на значення додаткового коефіцієнту з 17% до 1,8%.

При обробці сигналів АЕ широко використовується поріг їхнього обмеження (ПО) за амплітудною ознакою. Його введення обумовлене необхідністю відсікання шумів, особливо в промислових умовах. При цьому рівень ПО (g) значно перевищує величину ПРФ сигналів АЕ (g>h). На модельному сигналі АЕ трикутної форми з урахуванням ПО отриманий вираз для Кр=K'p+ K''p

, Аi>g, g<Am,

де Аi, Am - відповідно, поточне і максимальне цифрові значення амплітуди сигналу АЕ; L - тривалість сигналу; g - ПО; С - згідно виразу (12).

Розрахунки, проведені за виразом (16) для сигналу трикутної форми з амплітудою Am і тривалістю L показали, що зі збільшенням ПО (g) K'p має спадаючий, а K''p - зростаючий характер, що призводить до вирівнювання залежності Кр від ПО. При цьому до значення ПО, порядку 60?70% від величини Am, спад K'p випереджає зростання K''p, а потім навпаки. Розрахунки помилки відхилення Kp при введенні ПО від значення Kp без ПО, проведені для модельного сигналу з різною амплітудою показали (рис. 13), що вона не перевищує 2%. Обробка реальних сигналів АЕ А-типу і С-типу, зареєстрованих при випробуваннях як пластичних, так і крихких матеріалів (0Х18Н10Т, У8, 65Г, композит 05-ІТ й інші) показала, що зі збільшенням ПО характер зміни K'p і K''p аналогічний характеру їх зміни для модельних сигналів. При цьому зменшення K'p зі збільшенням ПО (рис. 14, а) компенсується зростанням K''p і відбувається вирівнювання Kp (рис. 14, б), як для сигналів АЕ С-типу, так і А-типу. Якщо сигнал АЕ має складну форму з декількома піками, то зі збільшенням ПО відбувається його розбивка на додаткові сигнали. Однак, обробка десятків тисяч сигналів показала, що їх розбивка на складові не впливає на характер зміни Kp(g) для основного сигналу. Вплив додаткових сигналів усувається при об'єднанні сигналів АЕ в «події» з використанням раніше введеної часової «зони» t*з, що відповідає інтервалу часу між сигналами [tз1,tз2], у межах якого сумарне число сигналів Nе(tз)=const. Аналіз залежностей (16) для реальних сигналів АЕ, показав, що помилка відхилення Kp при введенні ПО для сигналів А-типу може досягати 25-30%. Однак це не впливає на результат виявлення сигналів С-типу, тому що сигнали А-типу не будуть інтерпретуватися, як сигнали від тріщин. Розрахунки помилки відхилення Kp для більш ніж 5000 зареєстрованих сигналів АЕ С-типу показали, що до ПО, які складають 97% від Am, вона не перевищує 6%.

Висновки

сигнал акустичний емісія пластичний

1. Вперше розроблено моделі формування сигналів акустичної емісії при утворенні в матеріалі тріщини і протіканні пластичної деформації, які враховують швидкості їх розвитку.

2. Вперше встановлено вплив зміни швидкості розвитку тріщини і пластичної деформації на форму сигналів акустичної емісії. Зростання швидкості приводить до зміни крутизни фронтів і викидів амплітуди для сигналу акустичної емісії від тріщини, а також появі сигналу трапецеїдальної форми при протіканні пластичної деформації, що узгоджується з експериментальними сигналами акустичної емісії, які спостерігаються.

3. Показано, що інформативними параметрами сигналів акустичної емісії є: для тріщини - площа під кривою сигналу, яка визначається площею тріщини, що утворено, а для пластичної деформації - амплітуда і потужність сигналу, які визначаються об'ємом матеріалу, що вступив у пластичну деформацію.

4. Визначено критерій руйнування матеріалу за сигналами акустичної емісії, згідно якого повне руйнування відбувається, коли сума відносних приростів накопичуваної енергії сигналів акустичної емісії досягає граничного значення рівного одиниці.

5. Вперше за експериментальними залежностями накопиченої енергії сигналів акустичної емісії визначені кількісні оцінки наближення виробу до граничної стадії, коли настає руйнування.

6. Встановлені експериментально-розрахункові залежності накопиченої енергії сигналів акустичної емісії при механічному і температурному впливах, які дозволяють прогнозувати характеристики однотипних виробів без їх руйнування, а також визначати фізико-механічні характеристики інструментальних матеріалів і параметри технологічних режимів їх механічної обробки за сигналами акустичної емісії.

7. Запропоновано методи корекції критерію виявлення сигналів акустичної емісії від тріщини за рахунок введення коефіцієнтів, які враховують амплітуду прийнятого сигналу, зміну чутливості апаратури, порогового рівня фіксації і порога обмеження за амплітудною ознакою.

8. Розроблено мобільні акусто-емісійні системи і програмне математичне забезпечення, які дозволяють нарощувати число каналів інформації, що аналізується, без зміни внутрішньої конфігурації електронних засобів, оперативно змінювати алгоритми управління і обробки значних об'ємів даних без втрат інформації.

9. Створено ряд методик, технічних засобів і способів для дослідження і контролю матеріалів, конструкцій і технологічних процесів. Розроблені способи захищені авторськими свідоцтвами та патентами на винахід.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Филоненко С.Ф. Акустическая эмиссия. Измерение, контроль, диагностика.-К.: КМУГА, 1999. - 304 с.

2. Филоненко С.Ф. Акустическая эмиссия при исследовании изделий из реакторных сталей // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы. - 1999. - №1.-С. 30-37.

3. Филоненко С.Ф. Анализ достоверности критериальной оценки выделения сигналов акустический эмиссии от трещин на источнике Су Нильсона // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы. - 2001. - №2.-С. 33-39.

4. Филоненко С.Ф. Анализ кинетики развития процессов разрушения методом акустической эмиссии // Международная научная конференция: «Синергетика 2000. Самоорганизующиеся процессы в системах и технологиях»: Материалы конференции. - г. Комсомольск-на-Амуре: Изд-во КнАГУ, 2000 г.-С. 94-97.

5. Філоненко С.Ф. Дослідження акустичної емісії під час руйнування виробів на основі бетону // Вісник Державного університету «Львівска політехніка». Теорія і практика будивництва. - 1998.- №360.-С. 128-134.

6. Филоненко С.Ф. Критерии состояния изделий с использованием метода акустической эмиссии // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы. - 1998. - №2.-С. 103-113

7. Філоненко С.Ф. Критерії оцінки розвитку дефектів структури в матеріалах та елементах конструкцій по сигналам акустичної емісії // Вісник КМУЦА. - 1998. - №1.-С. 440-450

8. Филоненко С.Ф. Математическая модель совместной обработки информации при регистрации акустической эмиссии // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы. - 2000.- №2.-С. 19-27.

9. Филоненко С.Ф. Неразрушающий контроль в оценке надежности изделий // Вісник КМУЦА. - 1999.- №1.-С. 33-40

10. Філоненко С.Ф., Бабак В.П. Вплив порогу обмеження на критеріальну оцінку виділення сигналів акустичної емісії від тріщин // Вісник ЖІТІ. - 1998.- №7.-С. 31-39

11. Филоненко С, Ф., Бабак В.П. Исследование разрушения мембран в системе регули-рования подачи топлива методом АЭ // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы. - 1998.- №1.-С. 136-141

12. Филоненко С.Ф., Семашко Н.А. Акустическая эмиссия при деформировании и разрушении спеченных ультрадисперсных сплавов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 1994.- №3-4.-С. 16-21.

13. Филоненко С.Ф., Семашко Н.А., Покладий Г.Г., Думик Н.А. Определение момента касания детали кругом и глубины врезания с использованием метода акустической эмиссии // Сверхтвердые материалы. - 1994.- №5-6, С. 61 - 64

14. Филоненко С.Ф. Структурирование в системах регистрации и обработки сигналов акустической эмиссии // Сборник научных трудов Гос.аэрокосмич. университета им. Н.Е. Жуковсокго «ХАИ». Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии. - 1998.- №2. - С. 145-152.

15. Филоненко С.Ф., Семашко Н.А., Потемкин М.М., Покладий Г.Г. Контроль физико-механических свойств абразивного инструмента с использованием метода АЭ // Сверхтвердые материалы. - 1997.- №6.-С. 42-48

16. Бабак В.П., Лєнков С.В., Огар Д.А., Лаврєнова Т.І., Филоненко С.Ф. Діагностика впливу легуючих та технологічних домішок на структурно-фазові перетворення припою // Вісник НАУ. - 2001. - №2.-С. 144-150

17. Бабак В.П., Лєнков С.В., Огар І.В., Філоненко С.Ф., Чиликин А.В. Діагнос-тика якості паяних з'єднань товстоплівкових інтегральних схем та впливу на неї структурно-фазових особливостей Ag i Ag-Pd // Вісник НАУ. - 2001. - №3.-С. 94-99

18. Бабак В.П., Филоненко С.Ф. Влияние порога обнаружения на критериальную оценку выде-ления сигналов акустической эмиссии от трещин // Технологические системи. - 2001. - №5.-С. 71-73.

19. Бабак В.П., Филоненко С.Ф. Диагностика изделий методом акустической эмиссии // Вісник НАУ. - 2001.- №1.-С. 133-141

20. Бабак В.П., Філоненко С.Ф. Діагностика стану мостових конструкцій з використанням акустичної емісії // Вісник НАУ. - 2002. - №4.-С. 90-96.

21. Бабак В.П., Филоненко С.Ф. Исследование материалов и изделий методом АЭ для прогнозирования их состояния // Автоматика, автоматизация, электротехнические комплексы и системы. - 1997.- №1.-С. 25-34

22. Бабак В.П., Филоненко С.Ф. Математические модели оценки и прогнозирования состояния изделий методом акустической эмиссии // Радиоэлектроника и информатика. - 2000.- №2.-С. 62-68

23. Бабак В.П., Филоненко С.Ф. Построение систем локации источников развивающихся дефектов // Вісник КМУЦА. - 2000.- №3-4.-С. 114-118

24. Бабак В.П., Филоненко С.Ф., Галайчук Г.Л. Локация источников развивающихся дефектов с использованием метода акустической эмиссии // Радиоэлектроника и информатика. - 1999.- №2.-С. 15-20.

25. Бабак В.П., Филоненко С.Ф., Калита В.М. Модели формирования сигналов акустической эмиссии при деформировании и разрушении материалов // Технологические системы, 2002. - №1 (12).-С. 26-34.

26. Бабак В.П., Філоненко С.Ф., Калита В.М. Моделювання сигналів акустичної емісії при виникненні в матеріалі тріщин // Вісник НАУ. - 2002. - №1.-С. 5-10.

27. Бабак В.П., Филоненко С.Ф., Калита В.М. Моделирование сигналов акустической эмиссии при протекании в материале пластической деформации // Технологические системы, 2002. - №3 (14).-С. 77-81.

28. Бабак В.П., Филоненко С.Ф., Кришан М. Исследование физико-механических характеристик материалов акустическими методами // Технологические системы. - 1999.- №1.-С. 54-59

29. Бабак В.П., Филоненко С.Ф., Прохоренко С.В Компьютерная система для дифференциального термического анализа легкоплавких металлов и сплавов // Вісник КМУЦА. - 2000.- №1-2.-С. 75-78

30. Борисюк А.К., Прохоренко В.Я., Філоненко С.Ф., Прохоренко С.В. Феромагнітні колоїди на рідкометалевій основі: магнітні та акустичні вимірювання // Вісник Державного університету «Львівска політехніка». Вимірювальна техніка та метрологія. - 1998. - №53.-С. 59-61

31. Кабалдин Ю.Г., Семашко Н.А., Филоненко С.Ф., Башков О.В. Исследование структурной неоднородности поверхностных слоев материалов методом АЭ // Вестник КнАГТУ «Прогрессивная технология обработки материалов».-Вып.1., Сб. №3. - 1995.-С. 181-184

32. Коваль П.М., Філоненко С.Ф., Сташук П.М. Дослідження автодорожнього мосту з використанням методу акустичної емісії // Міжвідомчий науково-технічний збірник: Автомобільні дороги і транспортне будівництво.-Випуск 64, 2002.-С. 114-118.

33. Новиков Н.В., Филоненко С.Ф. Влияние параметров акустического тракта на критериальную оценку выделения сигналов АЭ от трещин // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 1995.- №1.-С. 47-52.

34. Новиков Н.В., Филоненко С.Ф., Покладий Г.Г. Акустическая эмиссия пpи пpавке абpазивных кругов // Сверхтвердые материалы. - 1994. - №3.-С. 23-28

35. Прохоренко С.В., Димчина Б.Г., Філоненко С.Ф., Божінський О.В., Лундяк В.Ф. Про застосування методу АЕ при визначені вогнетривності будивельних конструкцій // Вісник Державного університету «Львівска політехніка». Теорія і практика будивництва. - 1998.- №335.-С. 186-188

36. Семашко Н.А., Филоненко С.Ф., Мокрицкая Е.Б., Башков О.В. Прогнозирование предельного состояния в понятиях микропластической деформации // Сб. научных трудов:» Прикладные задачи механики деформированного тела и прогресс технологии в машиностроении».-К-н-А:ИМ и М ДВО РАН, 1997.-С. 148-153

37. Семашко Н.А., Филоненко С.Ф., Фролов Д.Н., Олейников А.И. Технология экспресс контроля свойств абразивного инструмента // Сб.научн. трудов: Перспективные материалы, технологии, конструкции.-Красноярск: САА, 1998.-С. 712-715

38. Babak V.P., Filonenko S.F. Acoustic emission with the control of the hole of products working under pressure / Prosiding of the Int. Сonf. on «Actual problems of measuring technique» (Kyiv, Ukraine, 7-10 September 1998).-P.184-185

39. Babak V.P., Filonenko S.F. Mobile informational - measuring system for technical diagnostic of items // International conferens: Sensors & Systems. Proceedings.-Saint-Petersburg, 2002.-v.II.-P.143-147.

40. Prokhorenko S., Filonenko S., Buzansky M. Studying of thermal and mechanical stresses by AE method //Scientific Bulletins of Rzesow University of Technology. - Mechanics.-v. 54. - 2000. - №179.-P.307 - 310

41. Prokhorenko V., Filonenko S., Prokhorenko S., Demczyna B. Apрlication of Physical Methods on Heatproof Study of Building Constructions. // METALURGIJA, 1998, vol. 37, №2. - Р. 123

42. Prokhorenko V., Prokhorenko S., Filonenko S., Mudry S., Bojar Z. Acoustic Emission Study of solid-liquid transition in GaxIn1-x alloys //Proceedings of the 10-th International Scientific Conference: Achievements in Mechanical and Material Engineering.-Gliwice. -2001, P.475 - 478

43. А.С. 1665295 СССР, МКИ G 01 №29/04. Широкополосный пъезопреобразователь / С.Ф. Филоненко, Н.И. Городыский, В.В. Смирнов, З.Р. Малиновская.-Опубл. 23.07.91, бюл. №27

44. Деклараційний патент на винахід (Україна), №29073 А, В24D3/00, 3/34. Спосіб визна-чення фізико-механічних властивостей абразивного інструменту // Філоненко С.Ф., Покладій Г.Г., Пащенко Є.О опубл. - 16.10.2000, Бюл. №5-ІІ

45. Деклараційний патент на винахід (Україна), №30118 А, В 0R25/00, Спосіб ідентифікації об'єктів // Філоненко С.Ф., Бабак В.П., Покладій Г.Г., Ігнатюк А.М.-Опубл.15.11.2000, Бюл. №6-ІІ

46. Деклараційний патент на винахід (Україна), №31770 А, G 08В 13/22, 25/00. Пристрій для охоронної сигналізації // Бабак В.П., Філоненко С.Ф. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. №7-ІІ

47. Деклараційний патент на винахід (Україна), №31771 А, G 01N 27/06, 29/06, 29/16. Спосіб контролю якості рідиннокристалічних структур // Бабак В.П., Філоненко С.Ф., Поліщук А.П.,

Горобець О.Ю.-Опубл. 15.12.2000, Бюл. №7-ІІ

48. Деклараційний патент на винахід (Україна), №36499 А, G 01N 27/06, 29/06, 29/16. Спосіб просторової локації джерел дефектів, що розвиваються // Бабак В.П., Филоненко С.Ф.-Опубл. 16.04.2001, Бюл. №3

49. Деклараційний патент на винахід (Україна), №38687 А, G 01N 27/06, G01N29/06 // Перетворювач для приймання сигналів АЕ / Філоненко С.Ф.-Опубл. 15.05.2001, Бюл. №3

50. Деклараційний патент на винахід (Україна), №47257 А, G 01N 27/06, 29/06, 29/16 // Спосіб виділення сигналів акустичної емісії на фоні завад / Бабак В.П., Філоненко С.Ф.-Опубл. 17.06.2002, Бюл. №6

51. Пpохоpенко В.Я., Филоненко С.Ф., Семашко Н.А. Акустическая эмиссия пpи кpисталлизации металов и сплавов //Przemiany structuralne w stopach odlewniczych. Teoria i effecty uzytkowe. V-Sympozjum Naukowe, Rzeszow, 1993, Р.145-150

52. Прохоренко В.Я., Філоненко С.Ф., Коваль П.М., Прохоренко С.В. Нові фізичні методи та аппаратне забезпечення діагностики мостів // Український міжгал.науково-практичн. семінар: Сучасні проблеми проектування, будівництва та експлуатації споруд на шляхах сполучення. Збірн.доп. - К:ОПВТД ОАО ПТИ Киевгорстрой, 1998. - С. 166-168

53. Прохоренко С., Филоненко С., Стаднык Б., Ковальчик А. Акустическое излучение как информативный метод изучения катастрофических изменений структуры //VII Mikdzynarodowe seminarium metrologyw: Metody i technika przetwarzania sygnajyw w pomirach fizycznych». - Rzeszow-1999. - P.200-203.

54. Семашко Н.А., Филоненко С.Ф. Перспективы использования метода АЭ для контроля процессов механической обработки и диагностики предельного состояния материалов // Межд.научно-технич. Симпозиум: Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего Востока. Мат.конф.-Комсомольск-на-Амуре, 1994. - С. 176-178

55. Бабак В.П., Филоненко С.Ф. Современные технологии в системах диагностики объектов // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в совре-менных условиях: Тематическая подборка и Материалы Первой промышленной междуна-родной научно-технической конференции.-К:УИЦ, Наука. Техника. Технология, 2001.-С35-43.

Размещено на Allbest.ru