CC BY
72
УДК 620.179:534.6
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
БАБАКВ.П., ФИЛОНЕНКО С.Ф._______________
Приводятся математические модели оценки состояния и прогнозирования дальнейшего поведения изделий при проведении их контроля с использованием метода акустической эмиссии.
1. Введение
При проведении обследований и контроле изделий, работающих в условиях воздействия механических и температурных нагрузок, агрессивных сред, радиационных излучений и других факторов, широко применяются методы неразрушающего контроля (НК) [1,2]. Разрабатываемые методики контроля, как правило, направлены на обнаружение дефектов, определение их размера и пространственную ориентацию в материале. При этом получаемая информация является статической, а принятие решения о допустимости изделия к дальнейшей эксплуатации основывается на статистической обработке результатов, получаемых при выполнении широкого комплекса исследований по разрушению материалов с модельными дефектами (надрезами, усталостными трещинами и другими) [3]. Временные и финансовые затраты на проведение подобных работ значительны. И все же обнаружение дефектов традиционными методами НК является необходимым, но не всегда достаточным условием для принятия решений, поскольку влияние дефектов на несущую способность при заданных условиях эксплуатации изделий определяется их способностью к развитию. Следует отметить, что в процессе эксплуатации существуют различные непредвиденные перепады нагрузок, а также большое количество разнообразных факторов, которые приводят к снижению несущей способности изделий и, как следствие, сокращению их остаточного ресурса. Поэтому одним из важнейших элементов в НК является разработка критериев оценки состояния, а в дальнейшем и прогнозирование поведения изделий.
Процессы разрушения изделий не происходят мгно -венно, а развиваются во времени с постепенным накоплением повреждений до полного разрушения [4]. Для анализа развития процесса разрушения необходимо использовать методы, которые позволяют получать информацию о данных процессах. К ним относится метод АЭ [5, 6]. Он обладает высокой чувствительностью к развитию процессов разрушения. Например, по расчетным оценкам возможна фиксация развития дефектов (трещин) в материале площадью порядка 10-6мм2. Вместе с тем, критериальные оценки, которые приняты в ряде ведущих стран мира [7, 8], направлены на обнаружение трещин (макротрещин) с последующим определением их развития по возрастанию
параметров регистрируемой АЭ. При разработке критериальных оценок используются подходы, которые базируются на анализе мгновенных значений параметров АЭ при возникновении трещины определенного размера или подрастании трещины до определенной величины. Фактически идеология построения критериальных оценок заключается в установлении взаимосвязи размера трещин с параметрами регистрируемых сигналов АЭ, что традиционно принято в построении методик контроля с использованием стандартных методов НК и методов механики разрушения. Вместе с тем, АЭ является отражением кинетики развития процесса разрушения, анализ тенденций которых возможно использовать для оценки состояния изделий, опасности развития процессов разрушения и прогнозирования дальнейшего поведения изделий.
2. Построение модели для оценки состояния изделий
Согласно существующим представлениям кинетической теории [4], образование трещин на докритической стадии не является критическим событием для твердого тела, а разрушение последнего рассматривается как постепенный кинетический процесс деформирования и разрушения, развивающийся в механически напряженном материале во времени с момента приложения к нему нагрузки, т.е. отдельные локальные разрушения суммируются вплоть до предельного состояния. Последнее определяет принцип наложения или суммирования парциальных разрушений, что рассматривается в работе [4]. При этом деформация и разрушение характеризуются их скоростью, а также временем, требующимся для разрушения, которое зависит от структуры и свойств твердого тела, от напряжения и температуры, а также влияния различных факторов. Однако общей особенностью кинетики процесса разрушения является его лавинообразный характер, интенсивность и скорость которого увеличиваются с приближением к предельному состо -янию (полному разрушению тела) и описываются экспоненциальными функциями.
Лавинообразный характер увеличения интенсивности процессов с приближением к разрушению наблюдается и в АЭ, регистрируемой как при нагружении изделий непрерывно возрастающей нагрузкой (рис. 1, а), так и при испытании изделий с использованием ступенчато-возрастающей нагрузки с выдержкой (рис.1, б, в).
Подобие развития процессов позволило разработать математическую модель совместной обработки информации, которая основывется на следующем. Если считать, что материал обладает определенным запасом акустической энергии (Е), которая излучается (расходуется) при развитии каждого последовательного нарушения, то, очевидно, принцип наложения в полной мере относится и к АЭ, который можно сформулировать следующим образом. Если материал обладает запасом акустической энергии Е, то в случае изменяющегося во времени напряжения или произвольной последовательности напряжений ст;, каждому из которых соответствует запас акустической энергии Б(ст;), причем при времени действия каждого напряжения, равно-
62
РИ, 2000, № 2
го At;, происходит локальное разрушение и акустическое излучение составляет ДБ; — полное разрушение материала будет зафиксировано тогда, когда сумма относительных уменьшений акустической энергии (располагаемого запаса) станет равной единице:
I
АБі
= 1.
(1)
і=і Б(сі)
Испытания на трехточечный изгиб сосредоточен
ной нагрузкой At; при действии напряжения СТ;
материала AV; и в данный момент времени T = t + At;, определяют мгновенные значения параметров АЭ. Естественно, что количественные характеристики регистрируемой АЭ будут зависеть от структуры и дефектности материала, его свойств, механизма локально протекающего физико-химического процесса разрушения и скорости его развития. Кроме того, с кинетической точки зрения, если при развитии разрушения под действием напряжения
СТ; в каждый момент времени At; происходит
показали, что происходит разрушение и излучается АЭ. Очевидно, параметры локального процесса разрушения, который происходит в данном объеме
45.5
б
уменьшение запаса акустической энергии ДБ;, излучаемой в виде АЭ, то суммарный регистрируемый процесс должен иметь возрастающий характер. Другими словами, с кинетической точки зрения имеет смысл говорить о процессе накопления параметров регистрируемой АЭ, а не мгновенных ее значениях. Далее, с позиций оценки состояния и прогнозирования поведе-нения материалов или изделий, последние возможно осуществлять при определенном условии, а именно знании закона изменения Б(ст(Д), или N(o(t)), где N — число сигналов АЭ или число осцилляций высокочастотного заполнения сигнала.
Анализ АЭ показывает, что даже при проведении испытаний одинаковых образцов одного и того же материала наблюдается различие как акустических диаграмм, зарегистрированных во времени, так и предельных механических характеристик, например нагрузок разрушения. Очевидно, что подобные различия определяются различиями в развитии процесса разрушения, который происходит под влиянием многих факторов. Тогда с этих позиций можно говорить о том, что каждый материал или однотипные изделия обладают определенным запасом по значению предельного (характеристического) параметра. Если считать, что данный параметр для данного изделия остается постоянной величиной, то можно проводить совместный анализ тенденций изменения АЭ при некотором постоянном времени в зависимости от значений характеристического параметра, т.е. определять зависимости вида
Aj = f(nі ) при t; = const , или при t; = At;, 2At;, 3At;,.., t; є [0,Ta] ,(2) где A j — накапливаемый параметр АЭ; t; — время регистрации АЭ; П і — значение характеристического параметра для данных условий проведения экспериментов; П, Ta — соответственно, интервалы изменения характеристического параметра и времени записи АЭ.
а
в
Рис.1. Интенсивность регистрируемых сигналов АЭ: а — при непрерывном нагружении бруска с надрезом (Ст. 3, размером 20х20х200 мм с центральным надрезом шириной 1 мм и глубиной 5 мм), сигналов 9999; б, в - при ступенчатом нагружении швеллера (Ст.3, размером 440х80х45 мм), ступень нагрузки: б- 50,0 кН; в - 60,0 кН, сигналов: б — 243; г -11918
Так как при П і і пр кинетический процесс
разрушения характеризуется условием
l ^ и l пр
|т p ^ 0 ,
где П і пр — предельное значение характеристического параметра, например, нагрузка на изде-
РИ, 2000, № 2
63
лие; ui, и і пр — соответственно текущая и предельная скорость протекания процесса разрушения; т p — время жизни изделия, тогда, исходя из принципа подобия, можно записать, что если A j = f (П і) и П і і пр , то
|Aj ^ A jnp ,
[u a ^ u anp .
Здесь A jnp — предельное значение накопленного
параметра АЭ; u a , и апр — соответственно, текущая и предельная скорости процесса накопления параметра АЭ; u а = A j(n і).
Лавинообразный характер процесса разрушения и интенсивности излучения АЭ свидетельствует о том, что скорость развития процесса разрушения определяет скорость развития процесса излучения АЭ. Тогда, если допустить, что материал является однородным, а при разрушении каждого элементарного объема (ДУ;) излучается АЭ с однотипными параметрами, то при постоянной скорости развития процесса разрушения (и і = const) зависимости накопления параметров АЭ, в соответствии с выражением (2), должны носить линейно-возрастающий характер (рис.2, кривая 1).
Рис.2. Влияние скорости развития процесса разрушения на зависимости накопления параметров АЭ: 1 — при постоянной скорости; 2 — при нарастающей скорости
Процессами разрушения с постоянной скоростью являются динамические процессы, такие как скрай-бирование (царапание) поверхности металлов и сплавов, шлифование, правка абразивного инструмента и другие. Экспериментальные исследования данных процессов, например, скрайбирования поверхности материалов алмазным индентером при постоянной скорости его линейного перемещения показали, что зависимости накопления параметров АЭ носят линейно-возрастающий характер. На рис.3,а показана зависимость накопления энергии сигналов АЭ (определяется в соответствии с работой [11]) при скрайбировании алмазным инденто-ром поверхности образца из стали Р5М6 при нагрузке на индентор 5 грамм и постоянной скорости линейного перемещения индентора 10 мм/мин. При нанесении на материал поверхностных структурных повреждений характер зависимости накопления энергии сигналов АЭ изменяется. На рис.3,б приведена зависимость, полученная при скрайби-
ровании поверхности образца из стали Р6М5 алмазным индентором под собственным весом и постоянной скорости его линейного перемещения 10 мм/ мин. На поверхность образца были нанесены линии структурных повреждений в виде прижогов (высокотемпературный отпуск) различной ширины и глубины. Участки, отмеченные точками А и В (рис.3, б), соответствуют прохождению индентора по участкам образца с видоизмененной структурой. При этом для материала как без структурных повреждений, так и со структурными повреждениями зависимости имеют линейно-возрастающий характер, но различаются по скорости накопления энергии (угол наклона кривой). Это говорит о том, что при однотипном характере изменения зависимостей мгновенные значения параметров АЭ определяются структурным состоянием материала. С увеличением скорости разрушения зависимости приближаются к идеальной линейно-возрастаю-щей прямой, что видно из рис.3, в, где показана зависимость, полученная при правке абразивного
Рис.3. Накопление энергии сигналов АЭ при постоянной скорости разрушения материала: а, б — при скрайбировании поверхности алмазным индентором; в — при правке абразивного круга 25А16АСМ26К5Б с твердостью HRB-95 правящим инструментом из природного алмаза. Глубина правки 15 мкм
РИ, 2000, № 2
64
круга 25А16АСМ26К5Б с твердостью HRB-95 правящим инструментом из природного алмаза. Правка осуществлялась при следующих режимах: окружная скорость круга - VK = 20 м/с; продольная подача правящего инструмента — S^ = 0,12 м/мин, а поперечная подача - Snn = 0,015 мм/ход. С увеличением нагрузки на индентор и скорости его перемещения при скрайбировании, а также глубины правки и скорости продольной подачи правящего инструмента характер зависимостей не изменяется, а происходит увеличение абсолютных числовых значений регистрируемых величин, что отражается на изменении угла наклона кривых накопления регистрируемых параметров (Aj = б(Пі)). Аналогичный характер имеют и зависимости накопления числа сигналов АЭ.
Таким образом, проведенные исследования показывают, что если в каждый момент времени At; происходит разрушение некоторого объема материала Д V;, при этом скорость развития процесса и і постоянна, то зависимости накопления параметров АЭ носят линейно -возрастающий характер. Мгно -венные значения регистрируемых параметров определяются как физико-механическими характеристиками и объемом разрушаемого материала, так и скоростью развития процесса разрушения.
Если разрушение развивается с увеличением его скорости (и і ^ и і пр), т.е. представляет собой лавинообразный процесс, то зависимости накопления параметров АЭ должны носить экспоненциальновозрастающий характер (рис.2, кривая 2) с приближением к предельным значениям параметров и располагаться ниже линейной зависимости (заштрихованная область II на рис.2).
С феноменологической точки зрения наблюдаемый лавинообразный характер увеличения интенсивности излучения АЭ с приближением к моменту полного разрушения можно объяснить на основе предположения, что если на материал действует напряжение ст (нагрузка Р), то при каждом его малом изменении на величину да происходит локальное разрушение и соответственно изменяется запасенная энергии АЭ на некоторую величину 6Е, пропорциональную текущему ее значению
дЕ = кЕбст , (3)
где к — коэффициент пропорциональности.
Отсюда математическая модель для описания изменения энергии излучения АЭ при действии нагрузки формулируется в виде начальной задачи для обыкновенного дифференциального уравнения (3)
® = кЕ, да
[Е(ст 0) = Е0,
(4)
где начальное условие записано в предположении того, что при некоторой начальной приложенной нагрузке сто энергия излучения АЭ имеет значение Ео.
Решение сформулированной задачи легко записать, проинтегрировав уравнение (3) или (4):
Е = Eoek° . (5)
Естественно, что математические модели (3), (4), а также выведенная из них формула (5) получены в результате упрощенного феноменологического описания процесса и поэтому приближенно (на качественном уровне) указывают на характер изменения измеряемых величин, который может описываться и функциями показательного роста.
Развитие процесса разрушения с повышением скорости наблюдается при нагружении изделий, что выражается в увеличении интенсивности акустического излучения (рис.1). Совместный анализ данных, полученных при испытании разнообразных изделий (образцов и конструкционных элементов) , изготовленных из различных материалов с построением зависимостей во временном сечении процессов накопления параметров АЭ по выражению (2), показал, что они носят экспоненциально-возрастающий характер (для числа и энергии сигналов) и аппроксимируются функциями вида
A = аПb , при tj = const, (6)
или A = e(c+dn), при tj = const, (7)
где а, b, c, d — константы для данного типа используемой аппаратуры регистрации и обработки АЭ, материала, условий проведения испытаний; П — характеристический параметр для данных условий проведения испытаний (нагрузка, напряжения); tj
— временное сечение процесса накопления параметров АЭ.
На рис .4 приведены типичные зависимости, полученные при проведении испытаний по схеме ступенчатого нагружения с выдержкой: железобетонной балки размером 1,0х0,1х0,07 м, изготовленной из обычного бетона с выдержкой 28 дней при твердении в нормальных условиях, балка армирована рабочей арматурой 0 10А-ІІІ Ст.3; рамы производственного здания, пролетом 15 м.
Анализ результатов с формализацией их представления (для приведения к единичной шкале отсчетов) по выражению
A = аПЬ , при tj = const, (8)
где A = A т/Amax; П = Пт/Пшах; Ат, Атах, Пт, Птах
— текущие и максимальные значения параметров, показал, что с увеличением ступени нагружения происходит возрастание показателя степени b. Отсюда следует, что если происходит развитие разрушения, то опасность данного процесса возможно оценивать по степени нарастания зависимостей Aj = б(П і) или скорости их изменения и а = A j(n і ) .
Фактически алгоритм проведения оценок развития процесса разрушения можно строить только с учетом главной особенности характера изменения зависимостей накопления параметров АЭ — их лавинообразное возрастание, и не использовать никаких предположений относительно конкретного вида этих зависимостей. В процессе проведения измерений с учетом каждой вновь добавляемой
РИ, 2000, № 2
65
а
б
Мы выделили задачи в проблеме диагностики изделий: обнаружение развивающихся дефектов (трещин) — оценка опасности их развития — прогнозирование дальнейшего поведения. Последняя задача связана с проблемой оценки остаточного ресурса (срока службы) изделий при заданных условиях эксплуатации, т.е. в условиях статических и динамических, механических и температурных нагрузок, агрессивных и окружающей сред, а так же других факторов, влияющих на напряженное состояние изделий. Их непрерывное воздействие приводит к постепенному накоплению повреждений и разрушению материала. Исходя из принципа наложения или суммирования парциальных разрушений, развитие последнего представляется как временной кинетический процесс с непрерывной потерей несущей способности. Поэтому, если считать, что потенциально материал обладает некоторым запасом энергии АЭ (Е), которая расходуется (излучается) при развитии дефектов, то фундаментальный закон диссипации энергии звуковой волны [9]
в = -1 ^ 2Z дТ-
(9)
Рис.4. Зависимость накопленной энергии сигналов АЭ от нагрузки при ступенчатом нагружении изделий: а — железобетонной балки, ti = 4,0 с; б — рамы производственного здания пролетом 15 м, ti = 6,0 с
экспериментальной точки строится глобальная сплайн-аппроксимация экспериментальной зависимости и вычисляется либо показатель степени b, либо угол наклона касательной в последней из полученных точек. Тогда степень приближения процесса разрушения к критической стадии можно оценивать по величине показателя степени b или по степени близости вычисленного угла к 90о. Если зависимость (8) представить в логарифимических координатах, для чего достаточно прологарифмировать обе части выражения
lnA = lna + ЬіпП
где Z — энергия, в случае АЭ можно трактовать следующим образом. Будем понимать под Z(t) акустическую энергию образца в данный момент времени t. Очевидно, что Z(t) уменьшается вследствие излучения АЭ в соответствии с (9), т.е. по экспоненциальному закону. Следовательно, фиксируемая датчиком накопленная энергия АЭ в первом приближении должна увеличиваться также по экспоненциальному закону, или, что то же, согласно уравнению
Ж = bE5t, (10)
где b — коэффициент пропорциональности.
В результате и для временной зависимости накопления энергии АЭ приходим к выражению вида (5)
и обозначить lnA = Y, 1пП = X, lna = а , то приходим к соотношению
Y = а + bX.
Отсюда видно, что коэффициент b выражает тангенс угла наклона полученной экспериментальной прямой в координатах (X, Y) = (lnA, 1пП) . В частности, значение показателя степени b=10 (критическое развитие процесса разрушения, наблюдаемое экспериментально) соответствует приблизительно углу наклона 84о17’« 1,47 рад.
Поэтому можно использовать следующий алгоритм численной оценки приближения к стадии критического развития процесса разрушения при обследовании объекта методом АЭ: все вновь получаемые экспериментальные точки переводятся в логарифмические координаты (X, Y) = (lnA, 1пП) и по ним методом наименьших квадратов находится текущее значение коэффициента b.
E = E0ebt. (11)
Математическая модель (10), а также выражение (11) получены в результате упрощенного феноменологического описания процесса и поэтому на качественном уровне указывают на то, что при развитии процесса разрушения во времени накопленная энергия АЭ должна увеличиваться по экспоненциальному закону. Тогда, если в выражении (2) в качестве характеристического параметра П использовать время наблюдения АЭ, то можно записать
Aj = f (Ti) при ti = const, или при t; = At; , 2At; , 3At; ,.., t; Є [0, Ta ] , (12)
где T / — временной интервал периодичности регистрации и накопления АЭ; ti — временное сечение процесса накопления АЭ; Та — время наблюдения и обработки АЭ на текущем временном интервале ее регистрации T/ .
Исходя из лавинообразного характера нарастания разрушения и проведенных выкладок, зависимости
66
РИ, 2000, № 2
накопления параметров АЭ, в соответствии с выражением (12), очевидно, будут описываться выражениями, подобными (6), (7). Отсюда следует, что возможно проведение оценок состояния изделий не только в процессе их испытаний с нагружением, но и во времени при нагрузке, действующей непрерывно. Фактически выражение (12) приводит к понятию мониторинга изделий, когда АЭ регистрируется и обрабатывается во времени при заданных условиях эксплуатации изделия или при его нагружении до одного и того же определенного уровня, т.е. при П і = const. Алгоритм мониторинга сводится к следующему: устанавливаются временной интервал периодичности регистрации АЭ (Д!) ); время записи АЭ (Та) на текущем интервале ее регистрации (T)); режим нагружения изделия (текущий режим работы либо нагружение до опреде -ленного значения нагрузки (Пі = const)); производится регистрация АЭ с формированием массивов данных на интервалах периодичности регистрации (T)); совместный анализ данных в соответствии с выражением (12) с определением тенденции изменения процесса накопления параметров АЭ. Тогда при определенных значениях коэффициентов в аппроксимирующих выражениях возможно проводить оценки вероятного остаточного времени до разрушения. Следует, однако, отметить, что мониторинг изделий требует достаточно длительного времени для его проведения.
Таким образом, анализ и полученные экспериментальные результаты показывают, что для оценивания состояния изделий можно использовать главную особенность характера изменения зависимос -тей накопления параметров АЭ — их лавинообразное возрастание.
3. Прогнозирование характеристик изделий
Для проведения прогнозирования, как было отмечено выше, необходимо знание закона изменения E(o(t)), или N(o(t)) (см.выражение (1)). Однако если рассматривать выражение (2), то это означает, что для числового прогнозирования должны быть известны предельные значения анализируемых параметров как по АЭ, так и по характеристическому параметру, которые могут быть однозначно определены при разрушении изделий. При этом первичным является знание характеристического параметра, определяющего шкалу привязки анализируемых параметров АЭ. Тогда методика прогнозирования должна строиться на получении зависимости Aj = б(П і), или П і = f(Aj) при tj = const, или при постоянном шаге t; = At; , 2Atj , 3Ati ,.., , (At; = const) с определением интервала значений ДТа = (t;2 - t;j), в пределах которого характер изменения зависимости описывается однотипной функцией. При этом прогноз возможно осуществлять только при выполнении условия ( t;2 / Тр ) < 1. Если значимость прогноза обозначить как Q, а ее предельное значение равно Q=1, то, естественно, при (t j2 /Тр ) ^ 0 значимость прогноза возрастает и в пределе стремится к единице. Так как зависимости накопления параметров АЭ во времени представляют собой непрерывно-возрастающие функции (рис.3) для каждого определенного значения характеристического параметра Пі, то естественно, что с увеличением параметра tj будет происходить увели-
РИ, 2000, № 2
чение абсолютных значений величин АІ. Поэтому для сравнения результатов, независимых от абсолютных значений АІ, анализ экспериментальных данных необходимо проводить с формализацией их представления. Тогда выражение (2) запишем в виде
Aj = f(T)), при tj = const,
или при t; = At; , 2At; , 3At; , ..., t; Є [0, П) ] , (13)
где A j = А|/А,тах; А,тах — максимальное значение параметра А, при данном значении tj.
Функциональные зависимости, в соответствии с выражением (2), могут описываться различными математическими функциями, характер изменения которых определяется характером изменения процесса, развивающегося в структуре материала. Наличие зависимости с ее математическим описанием позволяет разрабатывать специализированные методики контроля и прогнозирования или проводить определение числовых величин требуемых параметров изделия без разрушения. При этом в качестве параметра П і может использоваться любой параметр, определяемый целью решаемых задач, например, прочность изделия, предельные напряжения, твердость или любая другая характеристика.
Зависимости, в соответствии с выражением (13), могут быть получены как путем создания соответствующей математической модели, построенной в результате математического описания феноменологической картины исследуемого процесса разрушения, который сопровождается излучением АЭ, так и чисто экспериментально-расчетным путем.
Использование рассмотренной выше модели совместного анализа эспериментальных данных при испытании изделий до разрушения позволило раз -работать ряд методик контроля и получить экспериментально-расчетные модели прогнозирования (определения) физико-механических характеристик изделий. На рис.5, а, б приведены зависимости, полученные при испытании исходной и термообработанной партий образцов из тяжелого ультрадисперсного сплава до разрушения. Зависимости наилучшим образом описываются степенными функциями. Для исходного материала
pp =«□ Hb , (14)
для термообработанного материала
pp = РП н- d , (15)
где a, b, р, d — постоянные коэффициенты для данного типа тракта регистрации и обработки сигналов АЭ испытываемого материала, технологии его изготовления и условий нагружения; Пн — уровень накопленной энергии сигналов АЭ.
Критерием выбора сглаживающей функции являлось наименьшее значение среднеквадратического отклонения.
Сводные результаты испытаний образцов с прогнозированием разрушающих нагрузок по выражениям (14), (15) и последующим определением истинных значений при разрушении приведены на рис. 5, в, г. Обработка полученных зависимостей с использованием графических методов анализа экспери-
67
ментальных данных [10] показала, что ошибка прогноза для термообработанного материала не превышает 12 %, а для исходного материала—24%.
Рис.5. Взаимосвязь накопленной энергии сигналов АЭ с разрушающими нагрузками (а, б) и сводные результаты прогнозирования разрушающих нагрузок (в, г) для образцов тяжелых ультрадисперсных сплавов: а, в — исходный материал после спекания; б, г — термообработанный материал
Подобные исследования проводились на образцах ультрадисперсных сплавов, изготовленных с использованием других технологических режимов спекания и термообработки. Результаты исследований позволили получить степенные зависимости, которые описываются соотношениями, аналогичными выражениям (14) и (15). Однако каждый исследованный технологический режим характеризовался своими значениями коэффицентов a, b, Р, d в аппроксимирующих выражениях.
Аналогичные результаты получены для ряда других материалов и условий их нагружения, что указывает на общность кинетики развития процессов разрушения, происходящих в структуре материала. Однако для каждого конкретного материала или изделия необходимо определение коэффициентов в аппроксимирующем выражении для используемой аппаратуры регистрации сигналов АЭ и заданных условий испытаний.
Таким образом, использование кинетического подхода к анализу АЭ, регистрируемой в процессе нагружения изделий, позволило разработать математические модели оценки их состояния без разрушения, а так же прогнозирования характеристик однотипных изделий по результатам их испытаний до разрушения. Разработанные модели имеют хорошее согласование с экспериментальными результатами.
Литература: 1.Ермолов И.Н., Останин Ю.Я. Методы и средства неразрушающего контроля качества. М.: Высш. шк., 1988. 368 с. 2.Баранов В.М. Акустические измерения в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиз-дат,1990. 320 с. 3.Томпсон Р.Б., ТомпсонД.О. Применение ультразвука в неразрушающем контроле //ТИИ-ЭР. 1985. Т.73, №12. С.23-67. 4. РегельВ.Р, СлуцкерА.И, Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974.560 с. 5.Грешников В.А., Дробот Ю.В. Акустическая эмиссия. Применение для испытаний материалов и изделий. М: Изд-во стандартов, 1976. 272 с. 6.Бабак В.П., Філоненко С.Ф. Теоретичні моделі акустичної емісії при виникненні та протіканні процесів в матеріалах // Вісник КМУЦА. 1998. № 1. С.54-65. 7. ASME. “Acoustic emission for successive inspecpions. Section XI, Div.1”, Case N-471, Supplement No 5,Cade Cases 1989 Edition, Nuclear Components, Boiler and Pressure Vessels, Code Appruvel Date: 30 April 1990. 8.РД-03-131-97. Правила организации и проведения акусто-эмиссионного контроля сосудов, аппаратов, котлов и технологических трубопроводов. М: Изд-во стандартов, 1996. 40 с. 9. Основы физики и техники ультразвука // Агранат Б.А., Дубровин М.Н., Хавский Н.Н. и др. М.:Высш. шк., 1987. 352 с.
10.Шенк Х. Теория инженерного эксперимента. М: Мир, 1972. 381 с. 11. Бабак В.П.,Хандецький В. С., Шрю-фер Е. Обробка сигналів. К.:Либідь, 1999. 496 с.
Поступила в редколлегию 17.05.2000
Рецензент: д-р физ.-мат. наук Полищук А.П.
Бабак Виталий Павлович, д-р техн. наук, профессор, ректор Киевского международного университета гражданской авиации. Научные интересы: обработка сигналов и ультразвук в технической диагностике.
Филоненко Сергей Федорович, канд. техн. наук, старший научный сотрудник кафедры информационнодиагностических систем КМУЦА. Научные интересы: акустическая эмиссия в технической диагностике.
68
РИ, 2000, № 2
